[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

说明书

一种旋转扫描机械装置、三维超声成像系统及方法，旋转扫描机械装置包括夹具，夹具的内部开设有用于安装超声探头的内腔，内腔的壁面加工有阶梯凹槽，超声探头安装在内腔中被阶梯凹槽限位，超声探头的检测端由夹具的底部露出，夹具的顶部连接圆形伺服电机，超声探头与圆形伺服电机的轴心在同一直线上，圆形伺服电机能够带动超声探头旋转；超声探头的检测端设置压力监测装置。三维超声成像系统包括所述的旋转扫描机械装置以及信号传输和处理模块、超声成像装置和上位机，旋转扫描机械装置的超声探头以及压力监测装置与超声成像装置相连。本发明具有结构简单，使用方便，三维重建效果好，经济成本低和使用范围广的特点，能产品化推广到临床应用中。

技术领域

本发明属于超声成像领域，涉及一种实时压力监控的小区域三维超声成像系统及方法。

背景技术

超声成像技术由于其低成本、无电离辐射、实时性以及便携性等特性，与磁共振(MRI)、计算机断层成像(CT)、正电子发射计算机断层成像(PCT-CT)并列称为四大医学影像技术。目前临床上最成熟的超声应用是二维超声，但是其仅能显示器官的一个切面，无法实时显示该器官的完整结构和位置，使得检查结果与图像质量完全依赖超声科医生的技术水平，不同的医生可能得到结果不同甚至完全相反的结论，这大大提高了误诊事故发生的概率。

因此，在此基础上提出了三维超声成像技术，现有的三维超声成像技术有以下三种：

一种是基于面阵超声探头直接进行三维重建，该方法的优点是一次扫描即可得到三维数据；缺点是由于制作工艺的限制，探头的扫描角度和分辨率受限，同时3D空间位置是相对于探头的，探头移动之后无法根据定位信息得到相应的空间坐标，2D面阵探头中阵元的多通道并行处理技术、超声波束的快速发射和接收技术以及可视化得到的3D数据等关键问题还未很好解决，因此只能在局部有限区域进行直接可视化；第二种是容积探头，目前临床上仅用于妇产科；第三种是基于位置传感器和线阵探头相结合，通过重建算法来实现三维重建及可视化。常用的定位方式有声学定位器、光学定位器、机械臂定位器和磁场传感器。使用传感器定位的扫描方式的优势主要体现在：扫描路径自由且扫查范围大，可以更好地保障感兴趣区域图像和位置信息采样的完整性。但是该方法同时也存在操作流程复杂、对环境要求较高等问题。如光学传感器和声学传感器具有高稳定、高精度的优点，但是要求信源和接收器之间没有遮碍；磁场传感器常常由于电磁干扰以及金属的存在而使得跟踪精度受到影响，导致三维体素网络失真；用机械臂定位采集数据可以确保定位的高精确和完整扫描路径，但其体积庞大，视野相对狭小，目前临床应用的安全性能有待提高。同时，在基于位置传感器和线阵探头相结合的超声扫描三维重建过程中，根据扫描方式的不同，可将其分为平行扫描、机械扇形扫描、机械旋转扫描和自由扫描。其中，机械旋转扫描方式通过将探头固定于电动机旋转轴上，由电动机带动探头绕固定的旋转轴旋转来采集扫描区域图像，保证每张采集图像平面夹角相同且旋转轴垂直于探头振源方法。在这种扫描方式中，从采集到的图像空间位置可以得到采集到的图像像素在空间中也为非均匀分布，在靠近旋转轴区域采样像素点较密，分辨率小，在远离旋转轴区域采样像素点稀疏，分辨率大。探头旋转扫描角度越大，则远离旋转轴区域的图像分辨率差，因此需要控制旋转扫描角度保证远离旋转轴区域的图像分辨率不会明显降低；同时在图像采集过程中需要病人保持一个姿态，不能有明显的晃动，因此需要控制一次扫描时间尽可能地短。旋转扫描方式在临床上的实际用途包括：1)高强度聚焦超声诊疗过程中的轴向小目标区域监控；2)人体小部位区域的自动扫描三维成像。

综上所述，三维重建技术可以克服操作者的偏见，减少对操作者经验知识的依赖性，得到相对真实的诊断结果；在一次机械旋转三维扫描的过程中，可以实现轴向小目标区域的监控与扫描三维重建，同时需要考虑扫描时间、扫描频率和电机转速等因素的影响。由于现有的机械旋转三维扫描方式并未考虑扫描过程中压力的改变对重建结果的影响，以及现有三维重建方式操作流程复杂、不便于临床医生进行实际操作的问题，导致其在临床并没有获得广泛应用。因此，临床上迫切需要一种实时压力监控的小区域三维超声成像系统及方法。

发明内容