[发明专利]一种旋转扫描机械装置、三维超声成像系统及方法

权利要求书

1.一种旋转扫描机械装置，其特征在于：包括夹具(21)，夹具(21)的内部开设有用于安装超声探头(23)的内腔，内腔的壁面加工有阶梯凹槽，超声探头(23)安装在内腔中被阶梯凹槽限位，超声探头(23)的检测端由夹具(21)的底部露出，夹具(21)的顶部连接圆形伺服电机(20)，超声探头(23)与圆形伺服电机(20)的轴心在同一直线上，圆形伺服电机(20)能够带动超声探头(23)旋转；超声探头(23)的检测端设置压力监测装置(24)。

2.根据权利要求1所述的旋转扫描机械装置，其特征在于：所述的超声探头(23)类型包括线阵探头、凸阵探头和相控阵探头。

3.根据权利要求1所述的旋转扫描机械装置，其特征在于：所述的夹具(21)外部安装手持套筒(22)，夹具(21)的外壁加工有夹具凹槽(26)，手持套筒(22)的内壁设置有套筒凸起(27)，所述的套筒凸起(27)能够卡在夹具凹槽(26)里，便于夹具(21)旋转时手持。

4.根据权利要求1所述的旋转扫描机械装置，其特征在于：所述的圆形伺服电机(20)采用光毓机电RMD-S 4015型圆形旋转伺服电机。

5.一种三维超声成像系统，其特征在于：包括如权利要求1至3中任意一项所述的旋转扫描机械装置(2)以及信号传输和处理模块(3)、超声成像装置(1)和上位机(4)，所述的信号传输和处理模块(3)包括一个光电隔离USB转换器，光电隔离USB转换器连接在上位机(4)以及旋转扫描机械装置(2)的圆形伺服电机(20)之间；所述的旋转扫描机械装置(2)的超声探头(23)以及压力监测装置(24)与超声成像装置(1)相连。

6.根据权利要求5所述的三维超声成像系统，其特征在于：所述的光电隔离USB转换器采用FTDI公司的FT232芯片。

7.一种如权利要求5或6所述三维超声成像系统的成像方法，其特征在于，包括步骤：

-选择超声探头(23)并固定在夹具(21)的内腔中，超声探头(23)与圆形伺服电机(20)的轴心在同一直线上，且超声探头(23)的成像方向与圆形伺服电机(20)旋转平面垂直；

-使超声探头(23)在适合的压力下旋转采集图像信息；

-打开超声成像装置(1)，在上位机(4)调整电机的旋转角速度和扫描角度，上位机(4)发出运动指令信号，通过光电隔离USB转换器控制圆形伺服电机(20)作匀速旋转运动；

-在圆形伺服电机(20)旋转的同时控制超声探头(23)采集超声图像；

-将采集到的图像与图像间相对位置信息进行匹配，得到二维超声图像序列，在空间中通过柱状坐标系进行描述，然后通过空间坐标变换将柱状坐标系内的像素点映射到空间直角坐标系内，最后根据映射到空间直角坐标系内的像素点进行图片序列的3D显示。

8.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于：

电机的旋转角速度和扫描角度的求取方式包括：

设电机旋转的角速度为ωrad/s，超声图像采集时间为ts，超声成像设备帧率为f₀，则在超声设备采集图像的时间内，电机转了ωtrad/s，共采集了f₀t张超声图像，相邻超声图像序列之间的角度则图像序列间在旋转扫描方向的分辨率为：

代入测量的探头直径L，计算满足不等式中的γ最大值；

将计算的γ值和已知f₀代入计算出电机旋转的角速度ωrad/s；

将计算出的ω值代入ωt＝π，得到完成一次旋转扫描的时间为据此得到扫描角度。

9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于：

空间坐标变换的具体方式包括：

以第一张采集到的超声图像的宽度方向作为直角坐标系的X轴，其定义域为：-x/2～x/2mm，深度方向作为直角坐标系的Z轴，其定义域为：0～z mm；

之后采集到的每张超声图像都看作是以第一张图像的坐标系z轴为旋转轴旋nγ得到的，其中n为采集到的第n张图像，坐标转换矩阵为：