[发明专利]基于立体视觉的三维B超装置

说明书

(一)、技术领域：

本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种B超图像的定位与三维重建装置。

(二)、背景技术：

三维B超成像已经成为一种重要的医疗诊断技术。在很多情况下(例如术中放疗)，医生不仅需要三维B超图像本身，并且需要知道三维B超图像在固定坐标系(如人体坐标系)中的精确位置。因此定位技术是三维B超的一个核心。

三维B超系统已经有很多，但大多数在成像的过程中无法自由移动B超的探头。受机械式定位装置的制约，探头只能作平行运动或其它固定轨迹的运动。这对多数B超检测来说并不方便。对于可徒手(Freehand)自由移动的探头，其精确的定位技术(计算探头的6维坐标：三个位置坐标，三个角度坐标)是一个难点。

英国剑桥大学开发的Stradx/Stradwin三维B超系统，可以徒手自由移动探头，但使用中需要和专门的定位器相配合，如和美国Polhemus公司的Fastrak或爱国者(Patriot)定位器，美国Ascension公司的迷你鸟(MiniBird)、群鸟(Flock of Birds)、或激光鸟(LaserBird)定位器，或者加拿大NDI公司的北极星(Polaris)定位器。国际研究机构SINTEF也开发出了可徒手自由移动探头的三维B超系统，但需要与群鸟(Flock of Birds)、北极星(Polaris)等定位器结合使用。上述系统本身只包括B超的三维重建功能，必须另外购买定位器才能在实际中使用，这无形中提高了成本，另外导致系统的集成度不高，安装、调试和操作都比较复杂。

对于定位器来说，Fastrak、爱国者(Patriot)、迷你鸟(MiniBird)、以及群鸟(Flockof Birds)都是电磁式的，虽然价格便宜，但定位精度差，且多数是有线的，使用起来并不方便；而无线的电磁定位器产生的电磁辐射对其它医疗设备可能会有不良影响。激光鸟(LaserBird)是激光定位器，精度较高，但价格昂贵，操作复杂。北极星(Polaris)是红外线定位器，在临床上使用较多，精度也较高，但同样比较昂贵。基于激光和红外线的定位器都需要主动发射光源，使用不方便。还有一种基于可见光的定位器，不需要发射光源，同时可见光的波长比红外线要短，因此这种定位器的精度比红外线定位器要高。加拿大Claron公司生产的Micron Tracker就是基于可见光的定位器，精度很高，但价格也很昂贵，另外Micron Tracker与三维B超重建系统的集成能力比较差。

(三)、发明内容：

为了克服可徒手自由移动探头的三维B超系统价格昂贵、集成度不高，以及外配定位器成本高、定位精度不足的缺点，本发明提供了一种新的三维B超装置。该装置在保证可以徒手自由移动探头的前提下，将定位器与三维重建系统整合在一起，不需要独立购买定位器，可大幅节约成本；同时使用基于可见光和立体视觉的定位原理，定位精度高，使用方便。

本发明的技术方案如下：(请参阅图1、2、3所示)

本发明一种基于立体视觉的三维B超装置，它是由两台CCD摄像机(可采集视频，具有外同步)、B超机(可采集二维B超图像，市售成品)、同步器、标记器、多路输入图像采集卡(至少有三路输入)、采集触发器、计算机和系统软件、CCD摄像机的行同步信号线和场同步信号线、视频信号线、B超视频信号线、触发信号线和PCI总线组成；CCD摄像机通过行同步信号线和场同步信号线与同步器连接，同时通过视频信号线与多路输入图像采集卡连接；B超机通过B超视频信号线与同步器以及多路输入图像采集卡连接；采集触发器通过触发信号线与多路输入图像采集卡连接；多路输入图像采集卡通过PCI总线与计算机连接；标记器直接固定在B超机的探头上。

本发明的基本设计思想是：

为了利用立体视觉准确地得到任意时刻采集到的B超图像的位置和角度，摄像机图像采集和B超机图像采集的同步性是最重要的。摄像机和B超机图像采集的同步是通过外同步方案来实现的。摄像机的同步信号由同步器从B超信号中分离，然后通过摄像机外同步端口来同步摄像机的行频和场频，从而保证图像采集时两个摄像机和B超机的严格同步。

本发明各模块详细的连接方式阐述如下。

(1)CCD摄像机：