[发明专利]一种基于CRS曲线拟合实现位姿规划的超声扫查方法

权利要求书

1.一种基于CRS曲线拟合实现位姿规划的超声扫查方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)扫描病患的胸部轮廓并生成扫查路径L，并得到扫查路径L上必须经过的n个路点的位姿Pi＝{xi,yi,zi,ai,bi,ci,di}，得到路点集P＝{P1,P2,…,Pi,…Pn}；

(2)根据路点集P生成控制点集C＝{C1,C2,…,Ci…,Cn+1，Cn+2}；其中Ci＝Pi-1，i＝2,3,…,n+1；C1＝2C2-C3,…,Cn+2＝2Cn+1–Cn；

(3)根据控制点集C＝{C1,C2,…,Cn+1，Cn+2}，构造一个向量空间V∈R4；

(4)定义向量空间V中相邻点vi+1与vi之间的距离为Di，Di＝((xi+1-xi)^2+(yi+1-yi)^2+(zi+1-zi)^2+(αi+1-αi)^2)^0.25，得到距离集合D＝{D1,D2,…,Dn+1}；其中i＝1,…,n+1，^表示幂运算；

(5)基于距离集合D＝{D1,D2,…,Dn+1}，生成时间参数T序列T＝{T1,T2,…,Tn+2}；其中，Ti＝D1+…+Di-1，i＝2,…,n+2；当i＝1时，T1＝0；

(6)根据CRS曲线拟合插值法，得到向量空间V中任一点vr与时间参数Tr的函数F(Tr)＝vr；

(7)利用时间序列T、控制点集C以及函数F(Tr)，求解任一时刻tr满足t1trtn所对应的位姿P(tr)；

(8)将位姿P(tr)导入自动超声扫查设备的控制执行部件，根据病患胸部的具体几何特征插值在笛卡尔和四元数空间内同步生成自适应的扫查曲线，使得扫查执行部件能够根据病患的实际情况实时调整扫查头的位姿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，位姿Pi＝{pi，qi}＝{xi,yi,zi,ai,bi,ci,di}，i＝1,2,3,…,n；其中，xi,yi,zi,ai,bi,ci,di均为实数；pi＝{xi,yi,zi}表示每一个路点的位置；qi＝{ai,bi,ci,di}＝ai+bi×i+ci×j+di×k为单位四元数，表示每一个路点的姿态；定义qi.w＝ai为四元数qi的实部，qi.vec＝bi×i+ci×j+di×k为四元数qi的虚部。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述向量空间V包含点集v＝{v1,v2,…,vi…,vn+2}，vi＝{xi,yi,zi,αi},i＝1,2,3……n+2；其中xi,yi,zi代表控制点Ci在笛卡尔坐标系中x,y,z轴的坐标，αi表示相邻控制点Ci-1,Ci的表示姿态的四元数qi-1,qi之间的转角s；αi的计算公式为αi＝2×acos((inv(qi-1)×qi).w),i＝2,3,…,n+2；当i＝1时，α1＝0；inv()表示对四元数的求逆运算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中所述向量空间V中，依据时间序列T，对于满足TiTrTi+1，i＝2,…,n的任意时间变量Tr，用点集v进行插值得到一个点F(Tr)＝vr＝{xr,yr,zr,αr}∈V；其中，Ak,Bj为参变量；

Ak＝(Tk-Tr)/(Tk-Tk-1)×vk-1+(Tr-Tk-1)/(Tk-Tk-1)×vk；k＝i,i+1,i+2；

Bj＝(Tj+1-Tr)/(Tj+1-Tj-1)×Aj+(Tr-Tj-1)/(Tj+1-Tj-1)×Aj+1；j＝i,i+1；

那么，F(Tr)＝vr＝(Ti+1-Tr)/(Ti+1-Ti)×Bi+(Tr-Ti)/(Ti+1-Ti)×Bi+1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(7)中，假设扫查路径L是从时间t1开始至tn结束，分别经过路点P＝{P1,P2,…,Pn}；那么对于任一时刻tr满足t1trtn，其对应的位姿P(tr)满足以下关系：

Tr＝(Tn+1-T2)×(tr-t1)/(tn-t1)+T2，满足TiTrTi+1；

利用函数F(Tr)得到：v(tr)＝F(Tr)＝{xr,yr,zr,αr}；

计算四元数qc＝sin(αi+1-αr)/sin(αi+1)×qi+sin(αr)/sin(αi+1)×qi+1；

则q＝qi×qc＝{ar,br,cr,dr}，至此得到P(tr)＝{xr,yr,zr,ar,br,cr,dr}。