專利名稱:一種眼球超聲三維成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬醫(yī)療器械,涉及一種實(shí)時(shí)眼球超聲圖像的三維成像裝置。
背景技術(shù):
一般認(rèn)為的醫(yī)學(xué)影像三維重建,能夠產(chǎn)生合適三維重建的圖像數(shù)據(jù)的醫(yī)療
設(shè)備大致有計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正電子輻射斷層攝影 (PET)等。他們都是基于科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù),從一系列二維斷層醫(yī)學(xué)圖像中 重構(gòu)出三維形體,利用計(jì)算機(jī)顯示并完成三維圖像操作。這些設(shè)備產(chǎn)生的圖像 都是連續(xù)的斷層圖像,屬于有組織的結(jié)構(gòu)化的體數(shù)據(jù)。然而,眼球?yàn)楹盒云?官,位置相對(duì)淺表,聲學(xué)解剖界面清晰,聲衰減較少,適宜于超聲檢查。超聲 顯像設(shè)備雖然不能形成CT圖像那樣的高分辨率圖像,但是它具有很多優(yōu)點(diǎn),如 價(jià)格低廉,成像快,無(wú)射線輻射,屬于非損傷性檢查等。在國(guó)內(nèi)眼科常規(guī)二維 B型超聲診斷儀已使用20余年,然而它只能提供眼球某一斷面的二維圖像,不 能夠提供立體的眼球生物結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種眼球超聲三維成像裝置,是在原有眼科二維 超聲設(shè)備上基礎(chǔ)上,應(yīng)用探頭控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通用三維重建 技術(shù)、三維圖像顯示技術(shù)等,重建顯示眼部結(jié)構(gòu)三維模型。本實(shí)用新型提供的 采集裝置由垂直升降螺桿、水平升降螺桿、步進(jìn)電機(jī)、探頭固定器、電源、電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源插頭、控制信號(hào)線、控制采集PC機(jī)構(gòu)成,垂直升降螺桿和水平 升降螺桿成十字交叉連接,步進(jìn)電機(jī)安裝在水平升降螺桿前端,探頭固定器與 步進(jìn)電機(jī)連接,步進(jìn)電機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,電源插頭連接電源,電源與電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入端與控制信號(hào)線連接,PC機(jī)的輸出端與控制信號(hào)線 連接。
使用時(shí),在探頭固定器4安裝超聲探頭,超聲探頭裝有旋轉(zhuǎn)馬達(dá),計(jì)算機(jī)精 密控制其轉(zhuǎn)速,超聲探頭沿中軸自旋的同時(shí)不斷完成一幅幅二維超聲掃描圖 像,步進(jìn)電機(jī)控制超聲探頭的旋轉(zhuǎn)角度和方向,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 的工作,并有細(xì)分電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的功能,運(yùn)動(dòng)控制卡插在PC的PCI擴(kuò)展槽內(nèi)使用,可完成步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié),包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng) 升降速的處理、原點(diǎn)和限位信號(hào)的檢測(cè)等,并具有梯形及S形升降速度曲線。
系統(tǒng)通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角定位探頭的掃描位置,每間隔2度進(jìn)行一次圖像掃描, 共旋轉(zhuǎn)180度,采集90幅圖像進(jìn)行圖像的三維重建。垂直升降螺桿和水平升降 螺桿在兩根螺桿中間通過(guò)螺桿交叉連接件固定呈"十"字形狀,根據(jù)采樣眼球 的位置,控制超聲探頭的垂直移動(dòng)和前后移動(dòng),使探頭最大程度的貼近眼球, 以保證圖像的精確有效采集。電源為轉(zhuǎn)換220V的市電到24V直流電。
電源插頭引入220伏特的市電到電源,由電源轉(zhuǎn)換成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的24V 電壓直流電接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,控制信號(hào)線由控制采集PC機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡輸出 電機(jī)控制指令到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換成電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電 機(jī)安裝在水平升降螺桿前端,探頭固定器連接在步進(jìn)電機(jī)上,與步進(jìn)電機(jī)同步 旋轉(zhuǎn),從而由步進(jìn)電機(jī)定位超聲探頭的位置,完成對(duì)超聲探頭旋轉(zhuǎn)角度和時(shí)序 的精確控制。
本實(shí)用新型采用旋轉(zhuǎn)體切法獲得眼的二維圖像數(shù)據(jù),即以眼球的中心為中 心,通過(guò)計(jì)算機(jī)指令控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)置的角度和速度旋轉(zhuǎn),每旋轉(zhuǎn)2度采集 獲得一幅扇形掃描圖像,共旋轉(zhuǎn)180度,獲得90副圖像,通過(guò)圖像變換處理算 法,將該系列的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成斷層圖像數(shù)據(jù),這些斷層圖用三維體繪制技術(shù) 重建成三維眼圖像。本實(shí)用新型成功解決了眼超聲探頭自動(dòng)控制掃描這個(gè)關(guān)鍵 問題。
本實(shí)用新型在不破壞原二維超聲儀器的基礎(chǔ)上,利用采集一個(gè)序列的二維 眼球超聲圖像,由計(jì)算機(jī)重建該眼球的三維圖像模型,重建后的三維圖像比二 維圖像更清晰、逼真、直觀,立體感強(qiáng),空間位置明確。不但提高了眼疾病診 斷的準(zhǔn)確性,為治療和特殊手術(shù)以及對(duì)典型病例資料的全面保存,隨訪,觀察 提供了方便。本實(shí)用新型在原有二維眼超聲設(shè)備上利用最新的視頻高分辨率高 速圖像采集卡,實(shí)時(shí)采集設(shè)備圖像,解決圖像采集技術(shù)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理, 適于實(shí)用。
圖l是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型裝置軟件流程圖。
圖3a、3b是眼圖像數(shù)據(jù)斷層掃描變換的示意圖。
圖4是本實(shí)用新型裝置實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。下面的優(yōu)選實(shí)施例案應(yīng) 理解為僅是舉例說(shuō)明,而非以任何方式限制本實(shí)用新型的范圍。
實(shí)施例l
參見圖l,本實(shí)用新型提供的裝置由垂直升降螺桿l、水平升降螺桿2、步
進(jìn)電機(jī)3、探頭固定器4、電源5、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6、電源插頭7、控制信號(hào)線8、控 制采集PC機(jī)9構(gòu)成,垂直升降螺桿1和水平升降螺桿2成十字交叉連接,步進(jìn)電 機(jī)3安裝在水平升降螺桿2前端,探頭固定器4與步進(jìn)電機(jī)3連接,步進(jìn)電機(jī)3連 接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6,電源插頭7連接電源5,電源5與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器6輸入端與控制信號(hào)線8連接,PC機(jī)9的輸出端與控制信號(hào)線8連接。垂直升降 螺桿l和水平升降螺桿2采用的是15mm直徑的鋁合金螺桿,在兩根螺桿中間通 過(guò)螺桿交叉連接件固定呈"十"字形狀。
操作員可以調(diào)整2個(gè)螺桿的旋鈕,從而控制步進(jìn)電機(jī)3和探頭固定器4的垂 直和水平的位置,使由探頭固定器4固定的超聲探頭與眼睛充分接觸。
電源插頭8引入220伏特的市電到電源5,由電源5轉(zhuǎn)換成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6所需 的24V電壓直流電接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6??刂菩盘?hào)線7由控制采集PC機(jī)9引入電機(jī) 控制指令到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6,由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6轉(zhuǎn)換成電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3。
探頭固定器4連接在步進(jìn)電機(jī)3上,與步進(jìn)電機(jī)3同步旋轉(zhuǎn),從而由步進(jìn)電 機(jī)定位超聲探頭的位置,完成對(duì)超聲探頭旋轉(zhuǎn)角度和時(shí)序的精確控制。
實(shí)施例2
參見圖2, PC機(jī)9通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡,通過(guò)控制信號(hào)線8控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的 轉(zhuǎn)角。每旋轉(zhuǎn)角度2度,計(jì)算機(jī)通過(guò)圖像釆集卡進(jìn)行一次圖像采集,由計(jì)算機(jī) 程序判斷是否共旋轉(zhuǎn)到180度。如果是,則停止采集;否則繼續(xù)重復(fù)以上步驟, 共采集90幅圖像進(jìn)行圖像的三維重建。
下一步,由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的眼超聲圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,完成轉(zhuǎn)換為連續(xù)二 維眼球斷層掃描圖像。通過(guò)三維超聲重建模塊的計(jì)算并重繪,最終得到具有三 維半透明效果的眼球超聲三維模型。
實(shí)施例3
本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)計(jì)的圖像采集裝置,采用旋轉(zhuǎn)體切法獲得眼球的二維圖 像數(shù)據(jù),即以眼球的中心為中心,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),每旋轉(zhuǎn)2度獲得一副矢狀切面圖像,共旋轉(zhuǎn)180度,獲得90副圖像,通過(guò)圖像變換處理算 法,將該系列的旋轉(zhuǎn)矢狀切面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成層切圖像數(shù)據(jù),再由這些層切圖 用三維體繪制技術(shù)重建成三維眼球圖像。旋轉(zhuǎn)矢狀切面圖像數(shù)據(jù)與層切圖像數(shù) 據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系參見圖3所示。
采集到的二維眼球超聲圖像數(shù)據(jù),通過(guò)掃描變換關(guān)系,整體轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的 斷層掃描的圖像序列??梢跃_的設(shè)定該序列的層厚,最小單位為l像素。斷 層圖像的精度將隨著圖像分辨率的提高而提升。如采用768*576的圖像分辨率, 最多可獲得576幅斷層掃描圖,空間分辨率O.04mm。通過(guò)采用三維體繪制技 術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)眼圖像的三維合成顯示,最終得到具有三維半透明效果的三維眼模 型。
實(shí)施例4
參見圖4,該圖為眼球超聲三維成像裝置實(shí)施例流程圖。 圖4左邊的空心邊圓圈代表實(shí)施例流程的開始,右邊的實(shí)心邊的圓圈代表 實(shí)施例流程的結(jié)束。操作員首先輸入病人的基本信息(包括病人的姓名、性別、 年齡、初步診斷等信息)。錄入基本信息完成后,由操作員選擇是否采集病人 的眼球超聲的二維圖像。如果選擇是,則開始二維圖像采集軟件流程,采集到 的圖像存儲(chǔ)到眼科圖像庫(kù)中。如果選擇否,則跳過(guò)采集圖像的過(guò)程,直接進(jìn)入 到報(bào)告書寫模塊流程中。
書寫超聲診斷報(bào)告后,由操作員選擇是否對(duì)采集的二維超聲圖像進(jìn)行三維 圖像重建,重建后的眼球超聲三維圖像存儲(chǔ)到眼科三維圖像庫(kù)中。成功合成的 眼三維圖像,在顯示界面中,點(diǎn)擊鼠標(biāo)任意旋轉(zhuǎn)顯示該圖像,并可以控制顯示 某部分特別是眼球后部的表面地形圖,可以對(duì)三維圖像進(jìn)行處理,包括放大、 調(diào)整灰度、旋轉(zhuǎn)。對(duì)三維圖像的調(diào)整觀察,可以清晰的發(fā)現(xiàn)病灶的位置和大小, 直觀的了解到疾病的狀況,做出精確的診斷。
以上對(duì)本實(shí)用新型做了說(shuō)明,但本實(shí)用新型不限于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白,還可以對(duì)本實(shí)用新型做許多修改、變換、等同替換等。但是,只要 這些修改、變換、等同替換未背離本實(shí)用新型的精神和范圍,都應(yīng)該在本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種眼球超聲三維成像裝置,其特征在于由垂直升降螺桿(1)、水平升降螺桿(2)、步進(jìn)電機(jī)(3)、探頭固定器(4)、電源(5)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)、電源插頭(7)、控制信號(hào)線(8)、控制采集PC機(jī)(9)構(gòu)成,垂直升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)連接,步進(jìn)電機(jī)(3)安裝在水平升降螺桿(2)前端,探頭固定器(4)與步進(jìn)電機(jī)(3)連接,步進(jìn)電機(jī)(3)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(3),電源插頭(7)連接電源(5),電源(5)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)連接,電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)輸入端與控制信號(hào)線(8)連接,PC機(jī)(9)的輸出端與控制信號(hào)線(8)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種眼球超聲三維成像裝置,其特征在于垂直 升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)在兩根螺桿中間通過(guò)螺桿交叉連接件固定 呈"十"字形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種眼球超聲三維成像裝置,其特征在于垂直 升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)選用鋁合金螺桿。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種眼球超聲三維成像裝置,由垂直升降螺桿、水平升降螺桿、步進(jìn)電機(jī)、探頭固定器、電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源插頭、控制信號(hào)線、控制采集PC機(jī)構(gòu)成,裝置垂直升降螺桿和水平升降螺桿成十字交叉連接,步進(jìn)電機(jī)安裝在水平升降螺桿前端,探頭固定器與步進(jìn)電機(jī)連接,步進(jìn)電機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,電源與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接,控制信號(hào)線與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和PC機(jī)連接。本實(shí)用新型成功解決了眼超聲探頭自動(dòng)控制掃描這個(gè)關(guān)鍵問題,在不破壞原二維超聲儀器的基礎(chǔ)上,利用采集一個(gè)序列的二維眼球超聲圖像,重建該眼球的三維圖像模型,重建后的圖像比二維圖像更清晰逼真、直觀,立體感強(qiáng),空間位置明確。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理,適于實(shí)用。
文檔編號(hào)A61B8/10GK201379592SQ20092011717
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者張惠成, 徐永寧, 朱朝陽(yáng), 映 董, 鈕羅涌 申請(qǐng)人:杭州市第一人民醫(yī)院