[发明专利]一种超声探头定位传感器固定装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声诊断领域，特别涉及一种定位传感器固定装置及其方法。

背景技术

Freehand三维超声技术是一种获取三维超声成像的技术，它是将可以自由移动的定位传感器固定在传统的通用二维超声探头上，当探头扫描体内器官时，探头的空间位置被固定在上面的定位传感器所跟踪，二维图像中每一个像素点都对应三维空间中的一个点。

授权公告日为2012年7月25日的中国实用新型专利CN202342032U公开了一种基于磁场跟踪定位技术的电子产程图系统，其中胎头位置和方向的测算就是应用Freehand三维超声技术，将二维图像中标记的特征点的坐标映射到三维空间中，计算这种映射关系即称为探头校准。关于探头校准，国内外很多学者都提出了各自的实验模型，力求解决这些问题。Po-Wei Hsu等在《Freehand3DUltrasound Calibration:A Review》一文中对之前各学者研究的探头校准模型和校准算法进来全面的分析与比较。

这些探头校准方法准确度较高，可以比较准确的把二维超声图像中感兴趣的特征点映射到三维空间中。但是使用这类校准方法时，对操作人员要求很高，使用也非常不便，耗时也非常长。为此，本发明提出了一种新的超声探头定位传感器固定装置及其探头校准方法，利用定位传感器和超声探头的机械几何结构对探头进行校准。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超声探头定位传感器固定装置，其特征在于：包括上盖和下盖，所述上盖设有定位传感器固定部和与下盖相扣的锁扣公端，所述下盖设有与上盖相扣的锁扣母端。所述上盖与下盖相扣成管状体，所述管状结构内部形状与所述超声探头手柄部外部形状相匹配。

进一步，为了防止所述固定装置滑脱，所述上盖和下盖还设有防脱滑结构。

使用时，将所述上盖和下盖分别从超声探头手柄部的上方和下方，通过锁扣和紧扣在一起，并使所述上盖和下盖的防脱滑结构与超声探头表面相匹配。

进一步，所述定位传感器固定部位于所述上盖的外表面正中部，用于扣住所述定位传感器，并保证当所述定位传感器固定在所述上盖外表面时，所述定位传感器的轴心线、与所述超声探头轴心线平行，所述定位传感器的顶端朝向所述超声探头的顶端。

进一步，所述定位传感器固定部还设有小孔，所述小孔用于固定所述定位传感器。

进一步，本实施例还提供一种基于超声探头定位传感器固定装置的探头校准方法，即提供一种计算超声图像中任一点P在定位传感器坐标系S的坐标PS的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1、将所述定位传感器、所述定位传感器固定装置依次锁扣在所述超声探头上；

步骤A2：所述定位传感器的中心点记为O，所述超声探头扫描表面的中心点记为B，所述超声探头扫描表面的两边界中点记为C、A，经过点C向所述定位传感器轴心线做垂线，交点记为D，经过点B向所述超声探头轴心线做垂线，交点记为E；

步骤A3：测量线段|OE|、|EB|、|CD|的长度，分别记为l、h、w；

步骤A4：建立定位传感器坐标系S和超声平面α坐标系I；

步骤A5：计算超声图像中任意一点P在超声平面α坐标系I中坐标P^I；

步骤A6：计算点P在定位传感器坐标系S的坐标P^S公式。

进一步，步骤A4中建立定位传感器坐标系S和超声平面α坐标系I方法如下：

定位传感器坐标系记为S，其原点在所述定位传感器固定部的中心点O，沿定位传感器固定装置中心轴向探头扫描方向为x轴正向，垂直于探头表面向下为y轴正向，以垂直xy方向为z轴正向，坐标轴x,y,z满足右手法则；超声平面α坐标系记为I，其原点在超声探头扫描表面的中心点B，x轴正向沿超声图像扫描方向，y轴正向沿超声图像横向向右，以垂直xy方向为z轴正向，坐标轴x,y,z满足右手法则。

定位传感器坐标系S和超声平面α坐标系I须满足以下关系：两个坐标系x轴正向平行且同向，定位传感器坐标系S的z轴正向和超声平面α坐标系I的y轴正向平行且同向，定位传感器坐标系S的y轴正向和超声平面α坐标系I的z轴正向平行且反向。

进一步，步骤A5中任意一点P在超声平面α坐标系I中坐标P^I的计算方法，包括以下步骤：

步骤A51：测量线段|BP|的距离；

步骤A52：根据点B、P超声图像中的坐标，计算线段|BP|与超声平面α坐标系I的x轴正向的夹角θ和与超声平面α坐标系I的y轴正向的夹角δ；