[发明专利]一种用于双目光学探头与B超探头之间空间位置校准的方法及靶线体模

说明书

技术领域

本发明属于光学的双目光学技术领域，更具体地，涉及一种用于双目 光学探头与B超探头之间空间位置校准的方法及靶线体模。

背景技术

B超作为一种对人体软组织成像非常有效的医疗器械，被广泛使用。 在B超图像的引导下进行穿刺，使用穿刺针、活检枪等器械刺入人体内部， 进行注射或者活检，是一种微创且有效的手术方式。最早使用的穿刺引导 装置为机械式的穿刺架，其原理是在B超探头上固定一个机械装置，该机 械装置带有较细的通道，可以容纳穿刺器械的刺入部通过。通过限制穿刺 器械只能沿通道前进的方式，机械式穿刺架在B超屏幕上可以预先标记出 通道的位置，从而实现穿刺引导。

机械式穿刺架严格限制穿刺器械只能沿着预先设定好的通道来前进， 大大限制了穿刺的自由度，同时穿刺器械一旦刺入人体后，B超探头与其 作为一个整体，就无法移动，无法通过观察刺入部位周围的组织来评估刺 入部位是否正确，以及对临近部位的风险程度。所以，在机械式穿刺架出 现之后，随着电子技术的发展，又出现了非机械式的穿刺导航系统，有两 大类技术，一类是基于电磁的导航，一类是基于光学的导航。

在基于光学的穿刺导航技术中，传统技术是在穿刺的操作空间内放置 一组双目光学探头，同时在B超探头与穿刺器械上均安装反光标记小球， 反光标记小球可以将入射光沿着入射方向反射，与入射角度无关。双目光 学探头配有近红外补光装置，发出红外光，照亮反光标记小球，通过双目 光学探头识别出反光标记小球的空间位置，并由此计算B超探头与穿刺器 械的相对空间位置，从而在B超的图像中标记穿刺器械的位置，实现导航 功能。

在上述传统的基于光学的穿刺导航技术中，双目光学探头需要分别计 算出B超探头相对于光学探头的坐标和穿刺器械相对于光学探头的坐标， 再得出二者的相对空间位置关系，实现导航功能。

对于B超探头与双目光学探头之间相对位置的计算，可以在产品生产 时根据设计图纸确定下来，也可以在出厂后进行校准。在产品生产时根据 设计图纸确定二者的相对位置存在以下几点问题：

(1)产品生产和装配存在误差，难以严格精确定位。

(2)B超探头与双目光学探头在大多数情况下是可拆卸的结构，因此 反复拆装容易造成二者连接部位的磨损，使得定位发生偏差。

(3)二者在生产中确定相对位置，就需要进行协同设计，因此双目光 学探头只能匹配与其对应的几款B超探头，无法实现普适性的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于双目光学探头 与B超探头之间空间位置校准的方法，旨在解决现有技术中难以精确定位 的技术问题。

本发明提供了一种用于双目光学探头与B超探头之间空间位置校准的 方法，包括下述步骤：

(1)根据B超图像和靶线体模对B超探头的位置进行调整，使得所述 B超探头与所述靶线体模的相对位置确定；

(2)将标准校准模版放置在靶线体模的正面固定位或侧面固定位上， 使得所述标准校准模版与所述靶线体模的相对位置固定；根据双目光学探 头识别到的目标获得第一坐标系O中每一个点的坐标(xyz1)^T；并根据 标准校准模版与靶线体模的相对位置获得第二坐标系o’中每一个点的坐标 (x′y′z′1)^T；并根据坐标(xyz1)^T和坐标（x′y′z′1)^T获得第一坐标系O 与第二坐标系O’之间的坐标变换矩阵M；

其中，指定位置指的是靶线体模的正面固定位或侧面固定位。

(3)根据所述坐标变换矩阵M以及所述B超探头与所述靶线体模的 相对位置计算双目光学探头与B超探头之间的位置关系。

更进一步地，步骤(1)中，调整所述B超探头的位置需满足以下原则： (a)靶线体模内的多条靶线均位于B超扫描平面内，即位于X′Y′平面内； (b)靶线的图像与靶线的期望位置重合。

更进一步地，所述第一坐标系O是以光学探头为原点，以双目光学探 头连线方向为X轴，垂直于连线方向为Y轴，光学探头探测方向为Z轴建 立的空间坐标系；所述第二坐标系O’是以探头远端中心为坐标原点，沿B超 扫描平面的水平方向为X’轴，沿B超扫描平面的垂直方向为Y’轴，垂直于B 超扫描平面的方向为Z’轴建立的空间坐标系O’。