[发明专利]一种基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法

权利要求书

1.一种基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法，其特征在于，首先为线性扫描用的线性滑轨建立线性滑轨坐标系，然后将一个测试用的、已知尺寸大小的长方体置于该线性滑轨坐标系中，并保证线性滑轨和长方体的一条边相互平行放置，以长方体一个顶点为原点建立世界坐标系，确定该世界坐标系下每个顶点的坐标；假定超声探头与线性滑轨之间存在一个旋转角度，将世界坐标系下的每个顶点坐标转换到原始超声图像平面坐标系中；再假定超声探头与线性滑轨之间不存在坐标转换，再将原始超声图像平面坐标系下的顶点坐标转换到线性滑轨坐标系中得到这些顶点新的坐标；根据各个顶点的转换坐标计算出每两条边的夹角与超声探头和线性滑轨之间的旋转角度的关系，得出线性扫描方式下探头位置标定公式；然后线性扫描并测量重建长方体形变量，根据标定公式计算出超声探头与线性滑轨之间的旋转角度，即为位置标定结果。 

2.根据权利要求1所述的基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤： 

（1）初始化：为线性扫描用的线性滑轨建立一个线性滑轨坐标系，一个位置传感器与线性滑轨固定相连，并可以通过机械驱动或手动产生移动；将测试用的、已知尺寸的长方体置于该线性滑轨坐标系中，并保证线性滑轨和长方体的一条边相互平行放置；根据长方体的位置，建立世界坐标系，根据其尺寸标注每一个顶点在世界坐标系中的坐标； 

（2）推导长方体形变量与超声探头与线性滑轨之间旋转角度的数学关系式：将超声探头与位置传感器绑定，一起连接在线性滑轨之上，根据超声探头的位置，建立原始超声图像平面坐标系；假定超声探头产生的原始超声图像平面与线性滑轨的坐标系之间存在旋转角度，使用坐标转换公式将长方体各个顶点坐标从世界坐标系中反推到原始超声图像平面坐标系中；然后在假定原始超声图像平面与线性滑轨之间不存在旋转角度的情况下，对原始超声图像进行三维重建，即将原始超声图像平面坐标系中长方体各顶点坐标转换到线性滑轨坐标系中；根据转换得到的线性滑轨坐标系下各个顶点坐标重新计算长方体相邻两条边的角度，则在理论上推导得到长方体形变量与超声探头与线性滑轨之间旋转角度的数学关系式； 

（3）线性扫描并测量重建长方体形变量：采用线性扫描方式对标准长方体 进行扫描，得到原始二维超声图像序列，假定超声探头与线性滑轨之间不存在坐标转换关系，对原始超声图像进行三维重建，在重建后的三维图像中测量长方体各个顶点在线性滑轨坐标系下的重建坐标，进而计算长方体相邻边之间夹角变化，即长方体形变量； 

（4）标定结果计算：将步骤（3）中测量得到的长方体形变量代入到步骤（2）中推导出的长方体形变量与超声探头与线性滑轨之间旋转角度的数学关系式，计算出超声探头与线性滑轨之间的旋转角度，即为系统的位置标定结果。 

3.根据权利要求2所述的基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用平行度测试仪来保证线性滑轨扫描方向与长方体上表面的一条边相互平行。 

4.根据权利要求2所述的基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法，其特征在于，所述步骤（1）中，为保证线性滑轨扫描方向与长方体上表面的一条边相互平行，采用如下方法：将长方体和线性滑轨置于水平桌面上，然后调节线性滑轨的高度使其与长方体等高，接着调整线性滑轨的方向使其平行于长方体上表面的一条边，最后再调节线性滑轨的高度到合适高度。 

5.根据权利要求3或4所述的基于线性扫描的医学超声三维成像的位置标定方法，其特征在于，所述步骤（1）中，长方体的某个顶点位于建立的世界坐标系的原点位置，从而根据长方体已知的尺寸，确定长方体其他顶点在世界坐标系中的坐标，设长方体ABCDHEFG的顶点A位于世界坐标系的原点位置，长方体的三条边AE、AD和AB分别位于坐标系的三条坐标轴上，三条边的边长分别为：Xe、Yd、Zb，则长方体中A、B、D、E四个顶点的坐标分别为： 

^cXa=(0,0,0)，^cXb=(0,0,Zb)，^cXd=(0,Yd,0)，^cXe=(Xe,0,0)。      （1）