[发明专利]用于确定物体的姿态的方法和超声波设备

说明书

本发明涉及用于确定物体的姿态的方法以及用于超声波成像的超声波设备。该方法包括：提供包括至少一个视觉识别元件和取向传感器的物体，取向传感器用于确定物体的绝对取向和/或角速度；提供适于视觉追踪至少一个视觉识别元件的至少两个照相机，每个照相机具有视场并且在该方法期间保持静止，照相机限定照相机坐标系；在移动物体时获得至少两个照相机的视场的图像数据；在移动物体时获得由取向传感器提供的取向数据；关于照相机坐标系校准取向传感器；以及分析图像数据和取向数据，以确定物体在其移动期间的姿态。

技术领域

本发明涉及一种用于确定物体的姿态的方法，优选地用于确定诸如超声探头的手持医疗装置的姿态的方法。

背景技术

在各种技术领域，在物体移动时准确地确定物体的姿态，即，三维取向和位置是非常重要的。例如，如果在获取数据的过程期间可以精确地确定超声探头的姿态，则可以改进超声成像期间获取的数据。已经提出借助于光学追踪来确定这样的超声探头的姿态。例如，US 2004/0100557 A1公开了用于使用例如三维视频追踪系统追踪从超声探头发射的超声束的位置和取向的方法。根据该已知的方法，待追踪的物体设置有由视频系统成像的特定标记元件。分析由视频系统拍摄的图像允许确定超声探头的三维位置和取向，只要这些标记是对系统可见。

然而，在借助于超声成像患者的过程期间，超声装置的用户常常必须执行复杂的移动，以正确地成像患者。在这些移动期间，超声探头上的一个或甚至大多数的标记元件可能被覆盖，例如，被用户的手，或者用户以另一种方式阻挡了两个照相机的视场。当标记对视频追踪系统不完全可见时，不能确定完整的姿态信息。在这样一段时间内拍摄的超声图像数据可能是差质量的或甚至是无用的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供确定物体的姿态，尤其是超声探头的姿态的改进的方法，该方法解决上面讨论的问题。此目的用根据权利要求1的方法实现。从属权利要求中描述了优选实施方式。

因此，本发明涉及用于确定物体的姿态的方法，优选地确定诸如超声波探头的医疗设备的姿态的方法。根据所述方法，提供物体，优选地诸如超声波探头的医疗设备。物体包括至少一个视觉识别元件和用于确定物体的绝对取向和/或角速度的取向传感器。此外，提供至少两个照相机，所述至少两个照相机适合于视觉地追踪视觉识别元件，每个照相机具有视场并且在该方法期间保持静止。照相机限定照相机坐标系。

当移动物体时，获得至少两个照相机的视场的图像数据。同样，当移动物体时，获得由取向传感器提供的取向数据。由此，该方法提供了一个或多个给定的时间间隔或在若干个时间点处的图象数据和取向数据。当然，物体有时还可能静止。但是，本发明的方法特别地在物体的移动期间处理追踪物体。

该方法进一步包括相对于照相机坐标系校准取向传感器，这允许在一个相同的坐标系中，例如照相机坐标系中，将图像数据与取向数据进行比较。然后分析图像数据和取向数据，以确定物体在移动期间(包括可能的静止阶段)的姿态。物体的姿态由三维位置数据和三维取向数据组成。根据本发明，取决于可见的状态，物体的位置单独在图像数据或在图像数据和取向数据的结合的基础上确定。类似地，取决于识别元件的可见性，物体的取向单独在取向数据的基础上或在取向数据和/或图像数据的基础上确定。

特别地，当视觉识别元件的至少一部分对两个照相机都充分可见以允许确定物体的取向时，物体的取向在取向数据和/或图像数据的基础上确定。然而，即使没有视觉识别元件的一部分对两个照相机都充分可见以允许确定物体的取向，即当视觉识别元件不足以对两个照相机都可见以允许确定物体的取向时，物体的取向单独地在取向数据的基础上确定。由此，丢失的视觉信息由通过取向传感器收集的信息补充或替代。

类似地，当视觉识别元件的至少一部分对两个照相机都充分可见以允许确定物体的位置时，物体的位置单独在图像数据的基础上确定。然而，如果视觉识别元件的至少一部分对两个照相机都充分可见以允许识别所述部分和确定所述部分的位置，则该物体的位置在图像数据和取向数据的组合的基础上确定。