一种自由臂三维超声成像系统及成像方法

摘要

本发明涉及一种自由臂三维超声成像系统及成像方法，6轴惯性传感器中心平面与探头前端B超扇扫机构的B超成像点处于同一平面中，并且6轴惯性传感器中心与B超扇扫机构B超成像点都在B超探头中心轴线上，相互距离恒定；在与6轴惯性传感器中心平面上方，B超探头外部位设有凹槽；凹槽处设有触发按键；6轴惯性传感器、B超扇扫机构和触发按键通过长电缆与微处理器连接，微处理器通过USB接口接上位机，建立合理的扫描模型及采集系统，即可检测探头运动信息。所有器件全部置于2D超声探头内，与外界无接触，减少了环境对操作带来的干扰，提高精度和稳定性；采用多线程并行操作，加快了运算速度，并在获取每幅新的B提供实时更新的三维重建效果。

主权项

一种自由臂三维超声成像系统的成像方法，自由臂三维超声成像系统包括B超探头、微处理器和上位机，B超探头包括外部的触发按键、外部的凹槽、尾部的长电缆、内部的6轴惯性传感器、内部传统的B超扇扫机构和内部支架；6轴惯性传感器固定在B超探头内部的支架上，6轴惯性传感器中心平面与探头前端B超扇扫机构的B超成像点处于同一平面中，并且6轴惯性传感器中心与B超扇扫机构B超成像点都在B超探头中心轴线上；在与6轴惯性传感器中心平面上方，B超探头外部位设有凹槽，凹槽与6轴转型传感器平行；凹槽处设有触发按键；6轴惯性传感器、B超扇扫机构和触发按键通过长电缆与微处理器连接，微处理器通过USB接口接上位机，所述微处理器中的I²C模块与6轴惯性传感器互相通信，对传感器进行配置和数据的读取；微处理器的扇扫驱动模块和超声信号收发Tx/Rx模块分别输出驱动信号到B超扇扫机构中步进电机和激励超声换能器；触发按键触发信号输入微处理器，其特征在于，成像方法具体包括如下步骤：1）以6轴惯性传感器中心为原点在中心平面建立惯性传感器坐标系S；以B超成像点为原点，在6轴惯性传感器中心平面建立B超成像坐标系I；惯性传感器坐标系S中心与B超成像坐标系I中心相距距离L；2）当使用者按下凹槽处的触发按键时，微处理器接收6轴惯性传感器和B超扇扫机构位置和成像信息，微处理器匹配B超二维成像和其位置信息，并通过USB口传输到上位机中；3）初始化:接收到所述触发按键发出的3D扫描触发信号后，以第一幅接收到的B超二维图像为基准建立世界坐标系R，开辟存储空间；4）获取后续的B超二维图像与第一幅B超图像的相对位置关系，为后续的B超二维图像中的每个像素点分配一个线程，并进行像素点的坐标系转换，线程中包含的坐标系转换公式如下：p^R= p^I T_S←IT_R←S其中p^I = (x’, y’, 0,1)表示任一2D成像平面中某一像素点（x’, y’）的坐标，p^R =(x, y, z,1)表示该像素点在所述世界坐标系R中的对应坐标；T_S←I 表示所述B超成像坐标系I到6轴惯性传感器坐标系S的转换表达式，其具体表达形式为：T_R←S表示6轴惯性传感器坐标系S到所述世界坐标系R的转换表达式，其具体表达形式为：式中，x，y，z为探头沿世界坐标系R中的x，y，z轴平移的位移量，分别为坐标系绕世界坐标系R中的x，y，z三轴逆时针转过的角位移；5）将坐标系转换后的像素点存储入步骤3）中开辟好的世界坐标系R的存储空间，并进行像素点插补；对存储空间中的像素点进行三维表面重建，并进行光线投射处理；6）实时采集后续图像，重复步骤3）到步骤5），实现实时3D成像。