專利名稱：一種眼球超聲三維成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬醫(yī)療器械，涉及一種實(shí)時(shí)眼球超聲圖像的三維成像裝置。
技術(shù)背景一般認(rèn)為的醫(yī)學(xué)影像三維重建，能夠產(chǎn)生合適三維重建的圖像數(shù)據(jù)的醫(yī)療設(shè)備大致有計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正電子輻射斷層攝影 (PET)等。他們都是基于科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)，從一系列二維斷層醫(yī)學(xué)圖像中 重構(gòu)出三維形體，利用計(jì)算機(jī)顯示并完成三維圖像操作。這些設(shè)備產(chǎn)生的圖像 都是連續(xù)的斷層圖像，屬于有組織的結(jié)構(gòu)化的體數(shù)據(jù)。然而，眼球?yàn)楹盒云?官，位置相對(duì)淺表，聲學(xué)解剖界面清晰，聲衰減較少，適宜于超聲檢査。超聲 顯像設(shè)備雖然不能形成CT圖像那樣的高分辨率圖像，但是它具有很多優(yōu)點(diǎn)，如 價(jià)格低廉，成像快，無射線輻射，屬于非損傷性檢查等。在國(guó)內(nèi)眼科常規(guī)二維 B型超聲診斷儀己使用20余年，然而它只能提供眼球某一斷面的二維圖像，不 能夠提供立體的眼球生物結(jié)構(gòu)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種眼球超聲三維成像裝置，是在原有眼科二維超聲 設(shè)備上基礎(chǔ)上，應(yīng)用探頭控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)通用三維重建技術(shù)、 三維圖像顯示技術(shù)等，重建顯示眼部結(jié)構(gòu)三維模型。本發(fā)明提供的采集裝置由 垂直升降螺桿、水平升降螺桿、步進(jìn)電機(jī)、探頭固定器、電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 電源插頭、控制信號(hào)線、控制采集PC機(jī)構(gòu)成，垂直升降螺桿和水平升降螺桿成 十字交叉連接，步進(jìn)電機(jī)安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器與步進(jìn)電機(jī)連 接，步進(jìn)電機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電源插頭連接電源，電源與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接， 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入端與控制信號(hào)線連接，PC機(jī)的輸出端與控制信號(hào)線連接。使用時(shí)，在探頭固定器4安裝超聲探頭，超聲探頭裝有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，計(jì)算機(jī)精 密控制其轉(zhuǎn)速，超聲探頭沿中軸自旋的同時(shí)不斷完成一幅幅二維超聲掃描圖 像，步進(jìn)電機(jī)控制超聲探頭的旋轉(zhuǎn)角度和方向，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 的工作，并有細(xì)分電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的功能，運(yùn)動(dòng)控制卡插在PC的PCI擴(kuò)展槽內(nèi)使 用，可完成步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)，包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng) 升降速的處理、原點(diǎn)和限位信號(hào)的檢測(cè)等，并具有梯形及S形升降速度曲線。 系統(tǒng)通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角定位探頭的掃描位置，每間隔2度進(jìn)行一次圖像掃描，共旋轉(zhuǎn)180度，采集90幅圖像進(jìn)行圖像的三維重建。垂直升降螺桿和水平升降 螺桿在兩根螺桿中間通過螺桿交叉連接件固定呈"十"字形狀，根據(jù)采樣眼球 的位置，控制超聲探頭的垂直移動(dòng)和前后移動(dòng)，使探頭最大程度的貼近眼球， 以保證圖像的精確有效采集。電源為轉(zhuǎn)換220V的市電到24V直流電。電源插頭引入220伏特的市電到電源，由電源轉(zhuǎn)換成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的24V 電壓直流電接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制信號(hào)線由控制采集PC機(jī)上的運(yùn)動(dòng)控制卡輸出 電機(jī)控制指令到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換成電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電 機(jī)安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器連接在步進(jìn)電機(jī)上，與步進(jìn)電機(jī)同步 旋轉(zhuǎn)，從而由步進(jìn)電機(jī)定位超聲探頭的位置，完成對(duì)超聲探頭旋轉(zhuǎn)角度和時(shí)序 的精確控制。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)體切法獲得眼的二維圖像數(shù)據(jù)，即以眼球的中心為中心， 通過計(jì)算機(jī)指令控制步進(jìn)電機(jī)按設(shè)置的角度和速度旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)2度采集獲得 一幅扇形掃描圖像，共旋轉(zhuǎn)180度，獲得90副圖像，通過圖像變換處理算法， 將該系列的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成斷層圖像數(shù)據(jù)，這些斷層圖用三維體繪制技術(shù)重建 成三維眼圖像。本發(fā)明成功解決了眼超聲探頭自動(dòng)控制掃描這個(gè)關(guān)鍵問題。本發(fā)明在不破壞原二維超聲儀器的基礎(chǔ)上，利用采集一個(gè)序列的二維眼球 超聲圖像，由計(jì)算機(jī)重建該眼球的三維圖像模型，重建后的三維圖像比二維圖 像更清晰、逼真、直觀，立體感強(qiáng)，空間位置明確。不但提高了眼疾病診斷的 準(zhǔn)確性，為治療和特殊手術(shù)以及對(duì)典型病例資料的全面保存，隨訪，觀察提供 了方便。本發(fā)明在原有二維眼超聲設(shè)備上利用最新的視頻高分辨率高速圖像采 集卡，實(shí)時(shí)采集設(shè)備圖像，解決圖像采集技術(shù)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，適于實(shí)用。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明裝置軟件流程圖。圖3是眼圖像數(shù)據(jù)斷層掃描變換的示意圖。圖4是本發(fā)明裝置實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。下面的優(yōu)選實(shí)施例案應(yīng)理解 為僅是舉例說明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例l參見圖l，本發(fā)明提供的裝置由垂直升降螺桿l、水平升降螺桿2、步進(jìn)電4機(jī)3、探頭固定器4、電源5、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6、電源插頭7、控制信號(hào)線8、控制采 集PC機(jī)9構(gòu)成，垂直升降螺桿1和水平升降螺桿2成十字交叉連接，步進(jìn)電機(jī)3 安裝在水平升降螺桿2前端，探頭固定器4與步進(jìn)電機(jī)3連接，步進(jìn)電機(jī)3連接電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器6，電源插頭7連接電源5，電源5與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6輸 入端與控制信號(hào)線8連接，PC機(jī)9的輸出端與控制信號(hào)線8連接。垂直升降螺桿l 和水平升降螺桿2采用的是15mm直徑的鋁合金螺桿，在兩根螺桿中間通過螺桿交叉連接件固定呈"十"字形狀。操作員可以調(diào)整2個(gè)螺桿的旋鈕，從而控制步進(jìn)電機(jī)3和探頭固定器4的垂 直和水平的位置，使由探頭固定器4固定的超聲探頭與眼睛充分接觸。電源插頭8引入220伏特的市電到電源5，由電源5轉(zhuǎn)換成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6所需 的24V電壓直流電接入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6?？刂菩盘?hào)線7由控制采集PC機(jī)9引入電機(jī) 控制指令到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6轉(zhuǎn)換成電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3。探頭固定器4連接在步進(jìn)電機(jī)3上，與步進(jìn)電機(jī)3同步旋轉(zhuǎn)，從而由步進(jìn)電 機(jī)定位超聲探頭的位置，完成對(duì)超聲探頭旋轉(zhuǎn)角度和時(shí)序的精確控制。實(shí)施例2參見圖2， PC機(jī)9通過運(yùn)動(dòng)控制卡，通過控制信號(hào)線8控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的 轉(zhuǎn)角。每旋轉(zhuǎn)角度2度，計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡進(jìn)行一次圖像采集，由計(jì)算機(jī) 程序判斷是否共旋轉(zhuǎn)到180度。如果是，則停止采集；否則繼續(xù)重復(fù)以上步驟， 共采集90幅圖像進(jìn)行圖像的三維重建。下一步，由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的眼超聲圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成轉(zhuǎn)換為連續(xù)二 維眼球斷層掃描圖像。通過三維超聲重建模塊的計(jì)算并重繪，最終得到具有三 維半透明效果的眼球超聲三維模型。實(shí)施例3本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的圖像采集裝置，采用旋轉(zhuǎn)體切法獲得眼球的二維圖像數(shù) 據(jù)，即以眼球的中心為中心，通過計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)2度獲得 一副矢狀切面圖像，共旋轉(zhuǎn)180度，獲得卯副圖像，通過圖像變換處理算法， 將該系列的旋轉(zhuǎn)矢狀切面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成層切圖像數(shù)據(jù)，再由這些層切圖用三 維體繪制技術(shù)重建成三維眼球圖像。旋轉(zhuǎn)矢狀切面圖像數(shù)據(jù)與層切圖像數(shù)據(jù)的 對(duì)應(yīng)關(guān)系參見圖3所示。采集到的二維眼球超聲圖像數(shù)據(jù)，通過掃描變換關(guān)系，整體轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的斷層掃描的圖像序列?？梢跃_的設(shè)定該序列的層厚，最小單位為l像素。斷層圖像的精度將隨著圖像分辨率的提高而提升。如采用768*576的圖像分辨率， 最多可獲得576幅斷層掃描圖，空間分辨率O.04mm。通過采用三維體繪制技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)眼圖像的三維合成顯示，最終得到具有三維半透明效果的三維眼模 型。實(shí)施例4參見圖4，該圖為眼球超聲三維成像裝置實(shí)施例流程圖。 圖4左邊的空心邊圓圈代表實(shí)施例流程的開始，右邊的實(shí)心邊的圓圈代表 實(shí)施例流程的結(jié)束。操作員首先輸入病人的基本信息(包括病人的姓名、性別、 年齡、初步診斷等信息)。錄入基本信息完成后，由操作員選擇是否采集病人 的眼球超聲的二維圖像。如果選擇是，則開始二維圖像采集軟件流程，采集到 的圖像存儲(chǔ)到眼科圖像庫(kù)中。如果選擇否，則跳過采集圖像的過程，直接進(jìn)入 到報(bào)告書寫模塊流程中。書寫超聲診斷報(bào)告后，由操作員選擇是否對(duì)采集的二維超聲圖像進(jìn)行三維 圖像重建，重建后的眼球超聲三維圖像存儲(chǔ)到眼科三維圖像庫(kù)中。成功合成的 眼三維圖像，在顯示界面中，點(diǎn)擊鼠標(biāo)任意旋轉(zhuǎn)顯示該圖像，并可以控制顯示 某部分特別是眼球后部的表面地形圖，可以對(duì)三維圖像進(jìn)行處理，包括放大、 調(diào)整灰度、旋轉(zhuǎn)。對(duì)三維圖像的調(diào)整觀察，可以清晰的發(fā)現(xiàn)病灶的位置和大小， 直觀的了解到疾病的狀況，做出精確的診斷。以上對(duì)本發(fā)明做了說明，但本發(fā)明不限于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白， 還可以對(duì)本發(fā)明做許多修改、變換、等同替換等。但是，只要這些修改、變換、 等同替換未背離本發(fā)明的精神和范圍，都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種眼球超聲三維成像裝置，其特征在于由垂直升降螺桿(1)、水平升降螺桿(2)、步進(jìn)電機(jī)(3)、探頭固定器(4)、電源(5)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)、電源插頭(7)、控制信號(hào)線(8)、控制采集PC機(jī)(9)構(gòu)成，垂直升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)連接，步進(jìn)電機(jī)(3)安裝在水平升降螺桿(2)前端，探頭固定器(4)與步進(jìn)電機(jī)(3)連接，步進(jìn)電機(jī)(3)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(3)，電源插頭(7)連接電源(5)，電源(5)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(6)輸入端與控制信號(hào)線(8)連接，PC機(jī)(9)的輸出端與控制信號(hào)線(8)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種眼球超聲三維成像裝置，其特征在于垂直 升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)在兩根螺桿中間通過螺桿交叉連接件固定 呈"十"字形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種眼球超聲三維成像裝置，其特征在于垂直 升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)選用鋁合金螺桿。
全文摘要
本發(fā)明提供一種眼球超聲三維成像裝置，由垂直升降螺桿、水平升降螺桿、步進(jìn)電機(jī)、探頭固定器、電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源插頭、控制信號(hào)線、控制采集PC機(jī)構(gòu)成，裝置垂直升降螺桿和水平升降螺桿成十字交叉連接，步進(jìn)電機(jī)安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器與步進(jìn)電機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電源與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，控制信號(hào)線與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和PC機(jī)連接。本發(fā)明成功解決了眼超聲探頭自動(dòng)控制掃描這個(gè)關(guān)鍵問題，在不破壞原二維超聲儀器的基礎(chǔ)上，利用采集一個(gè)序列的二維眼球超聲圖像，重建該眼球的三維圖像模型，重建后的圖像比二維圖像更清晰逼真、直觀，立體感強(qiáng)，空間位置明確。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，適于實(shí)用。
文檔編號(hào)A61B8/10GK101530335SQ20091009745
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者張惠成, 徐永寧, 朱朝陽, 映 董, 鈕羅涌 申請(qǐng)人:杭州市第一人民醫(yī)院