含标记耦合贴及基于该耦合贴的三维超声重建装

本发明属于超声三维重建，特别涉及一种含标记耦合贴及基于该耦合贴的三维超声重建装置与方法。背景技术：1、超声是临床中最常使用的医学影像，具有实时、安全、使用便捷等优点。临床常用的超声多为二维影像，在实际使用中存在一些问题，比如二维切面图像不易理解，成像的质量依赖操作者的扫查技巧等。相比之下，三维超声信息更加丰富，比较直观，在实际诊断或引导手术上有很大优势。现阶段三维超声的方案主要包括：三维超声探头、结合机械结构的三维扫查，结合定位装置(如电磁追踪、光学追踪设备等)的三维扫查等。然而现有的三维超声方案往往有很高的制造成本或是较高的设备复杂度，在临床应用推广中十分受限。技术实现思路1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含标记耦合贴及基于该耦合贴的三维超声重建装置与方法，结合固件和算法能够利用传统二维超声设备实现三维超声重建，从而解决现有三维超声技术对设备要求高、系统复杂，成本高昂等问题。2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：3、本发明的第一方面，提供了一种含标记耦合贴，包括固态的声波传输体和位于所述声波传输体中的标记线；所述声波传输体采用均一材质，所述标记线与所述声波传输体采用不同材质；4、沿声波的传输方向，所述标记线在所述声波传输体中至少布置三层，每层的标记线位于垂直于声波传输方向的同一平面上；每层的标记线至少为三条，每层至少有两条平行标记线，且至少有一条标记线为斜线，即所述斜线与所述两条平行标记线既不平行也不垂直；5、在各层标记线中，至少有一层标记线的形状与另一层标记线的形状互为镜像，且至少有一层标记线与另一层标记线的平行线投影不完全对齐。6、在一个实施例中，所述标记线的层间间隔以及标记线与声波传输体的声波输入、输出端面间距均大于3mm，每层的所述标记线在垂直于声波传输的方向上贯穿所述声波传输体。7、在一个实施例中，所述声波传输体的材料为水凝胶，所述标记线具有不低于水凝胶的弹性。8、在一个实施例中，所述声波传输体中布置三层标记线，每层标记线均为三条，首尾相接呈n形，第1层标记线与第2层标记线互为镜像，且第1层标记线的平行线与第2层标记线的平行线在投影方向具有偏移。9、在一个实施例中，所述声波传输体中，每层标记线均为三条，首尾相接呈n形，其中第1层标记线与第2层标记线互为镜像，且第1层的两条平行标记线与第2层的两条平行标记线在投影方向具有偏移。10、本发明的第二方面，提供了一种三维超声重建装置，包括二维超声扫描设备和第一方面所述的含标记耦合贴；11、所述含标记耦合贴的声波传输体沿声波传输方向的一端贴附于待扫描部位，另一端与所述二维超声扫描设备的探头相接。12、在一个实施例中，所述三维超声重建装置还包括支撑架；13、所述支撑架为中空的外壳，其内表面与所述含标记耦合贴除声波传输方向两端的其余外表面贴合；所述外壳对应各标记线的端部开有小孔，且标记线与小孔之间固定。14、本发明的第三方面，提供了一种三维超声重建方法，基于第二方面所述的三维超声重建装置实现，将所述含标记耦合贴的一端贴附于待扫描部位，将探头垂直于含标记耦合贴表面，沿着所述两条平行标记线的方向进行扫描，得到序列的超声图像；将所述序列的超声图像按照如下流程进行计算：15、步骤1，从超声图像中截取出小于含标记耦合贴厚度的矩形感兴趣区域；在感兴趣区域，利用自适应阈值分割出具有至少3×m个标记点的子区域，其中m为标记线的布置层数，沿声波传输方向依次为第1层至第m层标记线，每层中所述两条平行标记线和所述斜线在超声图像中分别形成一个标记点；计算出第i层标记线中各标记点在二维图像坐标系的坐标(uxi,uyi)，所述二维图像坐标系以图像一角为原点；16、步骤2，根据标记点的位置以及每层所述两条平行标记线和所述斜线的尺寸参数，计算出超声图像相对于三维标记线坐标系的位置，其中，超声图像垂直于标记线所在平面，所述三维标记线坐标系定义为：以第1层标记线中的一个交叉点为坐标原点，x轴为平行标记线的方向，y轴垂直于平行标记线且朝向平行线标记线中的另一条，z轴垂直于标记线所在平面，与x轴，y轴形成右手坐标系；17、步骤3，计算超声图像的旋转角，所述旋转角为成像平面从三维标记线坐标系中x轴方向顺时针绕z轴方向所成的角；18、步骤4，计算每一张超声图像的位姿，利用所有计算好位置的超声图像，进行三维超声重建。19、在一个实施例中，所述步骤2，在每层标记线中，所述两条平行标记线的距离为w，所述斜线与所述两条平行标记线的夹角为θ，第i层标记线相对于第一层标记线的位移为(0,bi,ci)，第i层标记线中，所述两条平行标记线在超声图像中形成的标记点分别为pli和pri，所述斜线形成的标记点为pci，pli与pci距离为wli，pci与pri距离为wri，超声图像位置，即二维图像坐标系中的原点在标记线坐标系中位置为(tx,ty,tz)；(tx,ty,tz)与pci的坐标(txi,tyi,tzi)具有如下关系：20、21、22、在一个实施例中，所述旋转角通过如下公式计算：23、24、式中，β为超声图像的旋转角，β≤90。25、在一个实施例中，所述步骤4，对于给定图像序列，根据每个超声图像ik的位置(tx,ty,tz)以及旋转角β，求得每个超声图像ik在三维标记线坐标系的平面法向量nk，记超声图像ik上任一点的三维坐标为pk；选定需要插值的三维网格空间，对于空间中每一个待插值的体素v(体素为一个立方体网格)，其体素值根据其三维坐标pv确定，体素v距离超声图像ik的距离dk根据下列向量计算求得：26、dk＝(pv-pk)·nk27、计算体素v到所有超声图像的距离，并取dk前q小的值对应的超声图像，将pv投影到dk前q小的值d1～dq对应的超声图像，获得q个投影点对应的像素值pixel1～pixelq，最后通过插值获得体素v的体素值voxelv：28、29、dt，dj表示将pv投影到dk第t和第j小的值，pixelt表示第t个投影点对应的像素值。30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：31、相比三维超声探头以及利用定位装置的三维超声，本发明具有较低的系统复杂度和成本。32、本发明在实际使用中非常简单、便捷，只需要基于耦合贴，按照规定方式扫描；得到的序列超声影像便可用于三维超声重建。33、本发明可以与多类二维超声结合，具有一定的普适性。技术特征：1.含标记耦合贴，其特征在于，包括固态的声波传输体和位于所述声波传输体中的标记线；所述声波传输体采用均一材质，所述标记线与所述声波传输体采用不同材质；2.根据权利要求1所述的含标记耦合贴，其特征在于，所述标记线的层间间隔以及标记线与声波传输体的声波输入输出端面间距均大于3mm，每层的所述标记线在垂直于声波传输的方向上贯穿所述声波传输体。3.根据权利要求1所述的含标记耦合贴，其特征在于，所述声波传输体的材料为水凝胶，所述标记线具有不低于水凝胶的弹性。4.根据权利要求1所述的含标记耦合贴，其特征在于，所述声波传输体中，每层标记线均为三条，首尾相接呈n形，其中第1层标记线与第2层标记线互为镜像，且第1层的两条平行标记线与第2层的两条平行标记线在投影方向具有偏移。5.一种三维超声重建装置，其特征在于，包括二维超声扫描设备和权利要求1至4任一项所述的含标记耦合贴；6.根据权利要求5所述的三维超声重建装置，其特征在于，所述三维超声重建装置还包括支撑架；7.一种三维超声重建方法，基于权利要求4或5所述的三维超声重建装置实现，其特征在于，将所述含标记耦合贴的一端贴附于待扫描部位，将探头垂直于含标记耦合贴表面，沿着所述两条平行标记线的方向进行扫描，得到序列的超声图像；将所述序列的超声图像按照如下流程进行计算：8.根据权利要求7所述的三维超声重建方法，其特征在于，所述步骤2，在每层标记线中，所述两条平行标记线的距离为w，所述斜线与所述两条平行标记线的夹角为θ，第i层标记线相对于第一层标记线的位移为(0,bi,ci)，第i层标记线中，所述两条平行标记线在超声图像中形成的标记点分别为pli和pri，所述斜线形成的标记点为pci，pli与pci距离为wli，pci与pri距离为wri，超声图像位置，即二维图像坐标系中的原点在标记线坐标系中位置为(tx,ty,tz)；(tx,ty,tz)与pci的坐标(txi,tyi,tzi)具有如下关系：9.根据权利要求8所述的三维超声重建方法，其特征在于，所述步骤3，所述旋转角通过如下公式计算：10.根据权利要求8所述的三维超声重建方法，其特征在于，所述步骤4，对于给定图像序列，根据每个超声图像ik的位置(tx,ty,tz)以及旋转角β，求得每个超声图像ik在三维标记线坐标系的平面法向量nk，记超声图像ik上任一点的三维坐标为pk；选定需要插值的三维网格空间，对于空间中每一个待插值的体素v，其体素值根据其三维坐标pv确定，体素v距离超声图像ik的距离dk根据下列向量计算求得：技术总结本发明公开了一种含标记耦合贴及基于该耦合贴的三维超声重建装置与方法，含标记耦合贴包括固态的声波传输体和位于声波传输体中的标记线；沿声波的传输方向，标记线在声波传输体中至少布置三层，每层的标记线位于垂直于声波传输方向的同一平面上；每层的标记线至少为三条，每层至少有两条平行标记线，且至少有一条为斜线，即斜线与两条平行标记线既不平行也不垂直；在各层标记线中，至少有一层标记线的形状与另一层标记线的形状互为镜像，且至少有一层标记线与另一层标记线的平行线投影不完全对齐。本发明使用标记线使得每一张超声图像都能出现标记点，从而推断超声图像的空间位置信息，重建三维超声图像，解决现有技术系统复杂，成本高昂等问题。技术研发人员：梁利斌,代领,祝继华,赵凯涛,吴亮,樊夏玥,施秉银受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16