專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波探頭的光學(xué)標(biāo)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)標(biāo)定裝置，尤其涉及一種超聲波探頭的光學(xué)標(biāo)定裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的基于磁定位器的手動(dòng)三維超聲圖像標(biāo)定方法:在超聲探頭上固定一個(gè)電磁接收器，利用電磁定位器獲取該接收器相對(duì)于發(fā)射器的空間信息，建立超聲圖像坐標(biāo)系1、接收器坐標(biāo)系R、發(fā)射器坐標(biāo)系T、模板坐標(biāo)系C四個(gè)坐標(biāo)系，標(biāo)定公式為P(C)=cTt.tTR.eTi.P(I)，其中tTk代表電磁接收器到發(fā)射器的變換矩陣，已知空間點(diǎn)的超聲圖像坐標(biāo)Pd)、對(duì)應(yīng)的模板坐標(biāo)P(C)和每次測(cè)量的tTk，利用最小二乘法得到接收器和超聲圖像之間的空間映射關(guān)系％和kTp基于磁定位器的手動(dòng)三維超聲圖像標(biāo)定方法存在一下問(wèn)題:(I)設(shè)計(jì)的N形標(biāo)定模板只是空間中二維的標(biāo)定模板，得到的標(biāo)定模板坐標(biāo)缺少第二維的空間彳目息；(2)標(biāo)定公式P(C) = cTt^VeTi* (I)中的未知量有％和kTi兩個(gè)，計(jì)算較為復(fù)雜，需要采集多幅標(biāo)定圖像；(3)默認(rèn)用接收器坐標(biāo)系代替超聲探頭坐標(biāo)系，可能存在變換誤差；(4)需要在超聲探頭上固定電磁接收器，活動(dòng)受限制，且針對(duì)不同型號(hào)的超聲探頭需要配備不同規(guī)格的電磁定位器，使得設(shè)備復(fù)雜，適應(yīng)性不高；(5)電磁定位設(shè)備在手術(shù)導(dǎo)航應(yīng)用中存在電磁兼容問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制的一種超聲波探頭標(biāo)定裝置，具有:感知超聲波探頭位置的光學(xué)定位設(shè)備:該光學(xué)定位設(shè)備具有相機(jī)1、相機(jī)II和水平固定架，所述水平固定架具有滑道，所述相機(jī)I和相機(jī)II通過(guò)與所述滑道相配合的螺栓與水平固定架活動(dòng)連接；立體標(biāo)定模板:設(shè)置在所述光學(xué)定位設(shè)備的前方，包括:兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的矩形框架I和矩形框架II，所述的兩個(gè)矩形框架I和矩形框架II完全一致；多條標(biāo)定直線(xiàn)連接所述兩個(gè)矩形邊框的頂點(diǎn)；以及，待標(biāo)定的超聲波探頭，該超聲波探頭的上方設(shè)有至少3個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)。相機(jī)I和相機(jī)II完全相同。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的超聲波探頭的光學(xué)標(biāo)定方法，具有可以將標(biāo)定模板坐標(biāo)由二維擴(kuò)展到三維，這樣可以增強(qiáng)標(biāo)定計(jì)算過(guò)程中的約束條件，使得標(biāo)定結(jié)果更準(zhǔn)確；采用光學(xué)定位設(shè)備獲取超聲探頭姿態(tài)，無(wú)需考慮電源線(xiàn)的影響，使得可標(biāo)定的范圍更廣；光學(xué)定位設(shè)備在手術(shù)導(dǎo)航環(huán)境中不存在電磁兼容的問(wèn)題。

為了更清楚的說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型的立體標(biāo)定模板及其坐標(biāo)系的設(shè)定示意圖；圖2為本實(shí)用新型的超聲探頭上的特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)及其坐標(biāo)系設(shè)定；圖3為本實(shí)用新型的立體模板工作示意圖；圖4為本實(shí)用新型的空間點(diǎn)E在立體標(biāo)定模板坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算示意圖；圖5為本實(shí)用新型的示意圖。圖中:1.光學(xué)定位設(shè)備、101.相機(jī)1、102.相機(jī)I1、103.水平固定架、201.矩形框架Ι、202.矩形框架I1、203.標(biāo)定直線(xiàn)。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。如圖1-5所示:一種超聲波探頭標(biāo)定裝置，具有:感知超聲波探頭位置的光學(xué)定位設(shè)備1:該光學(xué)定位設(shè)備具有兩個(gè)完全相同的相機(jī)1101、相機(jī)ΙΙ102和水平固定架103，所述水平固定架103的具有滑道，所述相機(jī)IlOl和相機(jī)ΙΙ102通過(guò)與所述滑道相配合的螺栓與水平固定架103活動(dòng)連接；立體標(biāo)定模板2:設(shè)置在所述光學(xué)定位設(shè)備I的前方，包括:兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的矩形框架1201和矩形框架11202，所述的兩個(gè)矩形框架1201和矩形框架ΙΙ202完全一致；多條標(biāo)定直線(xiàn)203連接所述兩個(gè)矩形邊框的頂點(diǎn)；所述相機(jī)IlOl和相機(jī)II102完全相同。在使用時(shí)可以采用下述的方式對(duì)超聲波探頭進(jìn)行標(biāo)定，如圖1-圖4所示:選取光軸相互平行的兩枚相同的相機(jī)，作為光學(xué)定位設(shè)備。兩枚完全相同的相機(jī)，配備相同型號(hào)的鏡頭，優(yōu)選的，固定在水平設(shè)置的固定架上。兩枚相機(jī)的光心距離即基線(xiàn)距離可調(diào)節(jié)。以左側(cè)相機(jī)，相機(jī)IlOl光心為軸心，相機(jī)IlOl和相機(jī)ΙΙ102的基線(xiàn)方向?yàn)閄軸線(xiàn)，建立直角坐標(biāo)系，作為光學(xué)定位設(shè)備坐標(biāo)系C。立體標(biāo)定模板及其坐標(biāo)系設(shè)定:選用兩個(gè)完全一致的矩形框架或矩形面板，優(yōu)選的，本實(shí)施例中選用兩個(gè)尺寸完全一致的矩形框架，將連個(gè)框架呈豎直相對(duì)設(shè)置，使其中矩形框架A在另一個(gè)矩形框架B上的正投影與矩形框架B完全重合，也可表述為所述的兩個(gè)矩形框架構(gòu)成空間一個(gè)空間虛擬長(zhǎng)方體中相對(duì)的兩個(gè)面，選定多條標(biāo)定直線(xiàn)，連接所述兩個(gè)矩形面板的頂點(diǎn)，優(yōu)選的，連接方法如圖1示:以O(shè)點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn),建立空間直角坐標(biāo)系，作為立體標(biāo)定模板坐標(biāo)系Μ。超聲探頭上布置的特征識(shí)別點(diǎn)不限于圖1示的一種，能夠提供空間點(diǎn)信息即可，可以是可見(jiàn)光特征點(diǎn)和紅外LED特征點(diǎn)等。特征點(diǎn)數(shù)量至少為3個(gè)，且特征點(diǎn)的布置方式不限于圖示一種，能夠建立直角坐標(biāo)系即可。超聲探頭上的特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)及其坐標(biāo)系設(shè)定，如圖2示，選取一個(gè)2D的超聲波探頭，在該超聲波探頭上選取至少三個(gè)特征點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系，作為超聲波探頭坐標(biāo)系τ。使用超聲波探頭掃描標(biāo)定模板:工作的時(shí)候?qū)⑺鰳?biāo)定模板放入水溫約50°C的水中，手持2D超聲探頭掃描該模板，掃描平面與標(biāo)定線(xiàn)相交于D、E、F、G、H、M、N七個(gè)空間點(diǎn)。同時(shí)，設(shè)定超聲圖像坐標(biāo)系I，利用超聲圖像處理技術(shù)獲得所述的每一個(gè)空間點(diǎn)在超聲波圖像中的坐標(biāo)，記做P(I) = (Ui, Vi, 0，l)To得到的D、E、F、G、H、M、N七個(gè)空間點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)在立體模板坐標(biāo)系M中的坐標(biāo)設(shè)為P(M) = (xi； Yi, Zi, 1)τ,以D、E、F共面的三點(diǎn)為例，如圖4所示，與三角形EFC相似，根據(jù)相似三角形的原理有E點(diǎn)在立體標(biāo)定模板中的坐標(biāo)為(xE，yE, zE, I)τ， 其中
權(quán)利要求1.一種超聲波探頭的光學(xué)標(biāo)定裝置，其特征在于具有: 感知超聲波探頭位置的光學(xué)定位設(shè)備(I):該光學(xué)定位設(shè)備具有相機(jī)I (101)、相機(jī)II(102)和水平固定架(103)，所述水平固定架(103)具有滑道，所述相機(jī)I (101)和相機(jī)II(102)通過(guò)與所述滑道相配合的螺栓與水平固定架(103)活動(dòng)連接； 立體標(biāo)定模板(2):設(shè)置在所述光學(xué)定位設(shè)備(I)的前方，包括:兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的矩形框架I (201)和矩形框架II (202)，所述的兩個(gè)矩形框架I (201)和矩形框架II (202)完全一致；多條標(biāo)定直線(xiàn)(203)連接所述兩個(gè)矩形邊框的頂點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探頭的光學(xué)標(biāo)定裝置，其特征還在于:所述相機(jī)I(101)和相機(jī)II (102)完全相同。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超聲波探頭標(biāo)定裝置，具有感知超聲波探頭位置的光學(xué)定位設(shè)備該光學(xué)定位設(shè)備具有相機(jī)I、相機(jī)II和水平固定架，所述水平固定架具有滑道，所述相機(jī)I和相機(jī)II通過(guò)與所述滑道相配合的螺栓與水平固定架活動(dòng)連接；立體標(biāo)定模板設(shè)置在所述光學(xué)定位設(shè)備的前方，包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的矩形框架I和矩形框架II，所述的兩個(gè)矩形框架I和矩形框架II完全一致；多條標(biāo)定直線(xiàn)連接所述兩個(gè)矩形邊框的頂點(diǎn)。具有可以將標(biāo)定模板坐標(biāo)由二維擴(kuò)展到三維，這樣可以增強(qiáng)標(biāo)定計(jì)算過(guò)程中的約束條件，使得標(biāo)定結(jié)果更準(zhǔn)確；采用光學(xué)定位設(shè)備獲取超聲探頭姿態(tài)，無(wú)需考慮電源線(xiàn)的影響，使得可標(biāo)定的范圍更廣。
文檔編號(hào)A61B8/00GK202982047SQ20122027401
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者邱天爽, 任亮, 朱永, 劉惠 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)