[发明专利]一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法与标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及医学超声成像与电磁定位、图像处理技术融合技术领域，具体涉及一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法与标定装置。

背景技术

医学超声成像技术具有价格低廉、无电离辐射、实时成像且经皮无创等优点，广泛应用于产科分娩监护领域，可辅助医生进行胎头位置及胎头方位的诊断。传统二维超声技术只能提供胎儿断面的二维图像，临床医生主要是凭借经验在脑中重构出胎头的三维结构，这一过程不仅耗时、效率低，而且带有主观性。随着计算机技术的发展，三维超声图像可以弥补这些缺陷，并提供更多、更详细的位置信息。

目前获取三维超声图像主要有3种方法:二维面阵探头、专用一体化探头和自由臂维超声探头。前两者可以直接得到三维体的数据，但只能采集有限范围的数据，而自由臂三维超声的数据采集范围则不受限。自由臂三维超声技术可在探头自由移动时采集数据，当移动探头扫描人体器官时，固定在探头上的位置传感器记录探头的位置信息，所以这些二维图像中每一个像素点都对应三维空间中的一个点。

图像位姿的获取可以采用机械、光学或磁场跟踪，机械手定位占有空间大，运动不灵活，光学跟踪容易受到遮挡，而且对光线很敏感，因此更多的是采用磁场跟踪。在超声探头上安装磁定位接收器，可以直接得到接收器相对于发射器坐标系之间的关系，位置传感器受测量器封装方式、超声探头封装方式、固定方式等限制，超声探头坐标系和位置传感器测量器坐标系不重合，两者之间的位置关系很难借助外部设备测量得到。为了得到超声探头坐标系与位置传感器测量器坐标系间的位置关系，必须对超声探头在位置传感器测量器坐标系中的位置进行标定，需要通过进一步标定计算图像与接收器坐标系之间的关系，即得到坐标变换矩阵。

传统标定方法分为以下几类：使用单点和交叉线模体的标定方法，使用多点和交叉线模体的标定方法，使用二维模体的标定方法，使用三垂线模体的标定方法，使用面膜体的标定方法，使用多模式配准模体的标定方法。其中最常用的标定模体主要有交叉线模体、三垂线模体、面膜体等。点式模板是通过拟合某点的测量计算位置与实际位置来进行标定,在整个水槽中只有一个目标点,这样的话,每次捕捉到该点的难度比较大；线式和面式模板都是通过比较拟合测量计算两点之间的线段距离和实际距离,来进行标定,线式和面式的方法都是计算点距的方式,需要的点数多,辨别也不容易。

广泛应用的方法之一是N线模型方法，这种模型在水箱中设置许多由尼龙线组成的N形目标。当超声平面切过这些N形目标时，每个N形靶线在图像上产生3个亮斑。

目前，拾取亮斑的坐标、判别哪些亮斑属于同一组N线等工作，是靠人工完成的，这种人工识别和点选亮斑标志点的方法存在一些问题。首先，识别和确定N线编号要求操作者了解N线模型的设计信息。其次，人工点选超声图像上的亮点坐标带有主观性，会引入随机误差。再次，为获得较好的标定精度，往往需要获得多帧图像上的几十甚至几百个N形目标点，人工操作耗时较长，这也更增加了发生编号错误的概率。

因此，设计一种不依赖复杂的机械装置、计算过程全自动化、标定流程少、通用性强且标定精度高的基于电磁定位技术的超声探头标定方法与标定装置，对于提升B超在产科领域中的诊断精度有很大必要，是现有技术中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种不依赖复杂的机械装置、计算过程全自动化、标定流程少、通用性强且标定精度高的基于电磁定位技术的超声探头标定方法与标定装置。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种基于电磁定位技术的超声探头标定方法，该方法包括以下几个步骤：

S1、超声图像采集，采用电磁定位与B超设备一体化实验平台采集超声图像；

S2、超声图像预处理，对采集的超声图像进行高斯滤波和二值化处理，采用自适应阈值方法进行超声图像标记点自动识别排序；

S3、标定矩阵求解，求解超声图像坐标系到电磁定位传感器坐标系之间的坐标转换矩阵；

在步骤S1中，用于超声图像采集的电磁定位与B超设备一体化实验平台在VS2012开发平台搭建而成，通过调用电磁定位系统和B超设备各自的API函数，实现超声图像冻结和电磁定位三维数据获取同步进行，同时实现超声图像增益、对比度、深度、像素坐标显示等功能。所述的超声图像采集方法通过固定于超声探头固定支架的超声探头由左至右等间隔拉动采集而实现，超声探头浸入水面，扫描平面垂直于N线模型，标记点成像遍布整个超声成像区域。

在步骤S2中，所述的超声图像预处理，包括以下步骤：