專利名稱：一種眼球超聲三維成像裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬醫療器械，涉及一種實時眼球超聲圖像的三維成像裝置。
技術背景一般認為的醫學影像三維重建，能夠產生合適三維重建的圖像數據的醫療設備大致有計算機斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正電子輻射斷層攝影 (PET)等。他們都是基于科學計算可視化技術，從一系列二維斷層醫學圖像中 重構出三維形體，利用計算機顯示并完成三維圖像操作。這些設備產生的圖像 都是連續的斷層圖像，屬于有組織的結構化的體數據。然而，眼球為含液性器 官，位置相對淺表，聲學解剖界面清晰，聲衰減較少，適宜于超聲檢査。超聲 顯像設備雖然不能形成CT圖像那樣的高分辨率圖像，但是它具有很多優點，如 價格低廉，成像快，無射線輻射，屬于非損傷性檢查等。在國內眼科常規二維 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構。 發明內容本發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 設備上基礎上，應用探頭控制技術、圖像處理技術、計算機通用三維重建技術、 三維圖像顯示技術等，重建顯示眼部結構三維模型。本發明提供的采集裝置由 垂直升降螺桿、水平升降螺桿、步進電機、探頭固定器、電源、電機驅動器、 電源插頭、控制信號線、控制采集PC機構成，垂直升降螺桿和水平升降螺桿成 十字交叉連接，步進電機安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器與步進電機連 接，步進電機連接電機驅動器，電源插頭連接電源，電源與電機驅動器連接， 電機驅動器輸入端與控制信號線連接，PC機的輸出端與控制信號線連接。使用時，在探頭固定器4安裝超聲探頭，超聲探頭裝有旋轉馬達，計算機精 密控制其轉速，超聲探頭沿中軸自旋的同時不斷完成一幅幅二維超聲掃描圖 像，步進電機控制超聲探頭的旋轉角度和方向，電機驅動器用以驅動步進電機 的工作，并有細分電機旋轉角度的功能，運動控制卡插在PC的PCI擴展槽內使 用，可完成步進電機運動控制的所有細節，包括脈沖和方向信號的輸出、自動 升降速的處理、原點和限位信號的檢測等，并具有梯形及S形升降速度曲線。 系統通過控制電機的轉角定位探頭的掃描位置，每間隔2度進行一次圖像掃描，共旋轉180度，采集90幅圖像進行圖像的三維重建。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，根據采樣眼球 的位置，控制超聲探頭的垂直移動和前后移動，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，由電源轉換成電機驅動器所需的24V 電壓直流電接入電機驅動器，控制信號線由控制采集PC機上的運動控制卡輸出 電機控制指令到電機驅動器，由電機驅動器轉換成電流驅動步進電機。步進電 機安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器連接在步進電機上，與步進電機同步 旋轉，從而由步進電機定位超聲探頭的位置，完成對超聲探頭旋轉角度和時序 的精確控制。本發明采用旋轉體切法獲得眼的二維圖像數據，即以眼球的中心為中心， 通過計算機指令控制步進電機按設置的角度和速度旋轉，每旋轉2度采集獲得 一幅扇形掃描圖像，共旋轉180度，獲得90副圖像，通過圖像變換處理算法， 將該系列的圖像數據轉換成斷層圖像數據，這些斷層圖用三維體繪制技術重建 成三維眼圖像。本發明成功解決了眼超聲探頭自動控制掃描這個關鍵問題。本發明在不破壞原二維超聲儀器的基礎上，利用采集一個序列的二維眼球 超聲圖像，由計算機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，空間位置明確。不但提高了眼疾病診斷的 準確性，為治療和特殊手術以及對典型病例資料的全面保存，隨訪，觀察提供 了方便。本發明在原有二維眼超聲設備上利用最新的視頻高分辨率高速圖像采 集卡，實時采集設備圖像，解決圖像采集技術。本發明設計合理，適于實用。
圖l是本發明結構示意圖。圖2是本發明裝置軟件流程圖。圖3是眼圖像數據斷層掃描變換的示意圖。圖4是本發明裝置實施例流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。下面的優選實施例案應理解 為僅是舉例說明，而非以任何方式限制本發明的范圍。實施例l參見圖l，本發明提供的裝置由垂直升降螺桿l、水平升降螺桿2、步進電4機3、探頭固定器4、電源5、電機驅動器6、電源插頭7、控制信號線8、控制采 集PC機9構成，垂直升降螺桿1和水平升降螺桿2成十字交叉連接，步進電機3 安裝在水平升降螺桿2前端，探頭固定器4與步進電機3連接，步進電機3連接電 機驅動器6，電源插頭7連接電源5，電源5與電機驅動器6連接，電機驅動器6輸 入端與控制信號線8連接，PC機9的輸出端與控制信號線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。操作員可以調整2個螺桿的旋鈕，從而控制步進電機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轉換成電機驅動器6所需 的24V電壓直流電接入電機驅動器6。控制信號線7由控制采集PC機9引入電機 控制指令到電機驅動器6，由電機驅動器6轉換成電流驅動步進電機3。探頭固定器4連接在步進電機3上，與步進電機3同步旋轉，從而由步進電 機定位超聲探頭的位置，完成對超聲探頭旋轉角度和時序的精確控制。實施例2參見圖2， PC機9通過運動控制卡，通過控制信號線8控制步進電機旋轉的 轉角。每旋轉角度2度，計算機通過圖像采集卡進行一次圖像采集，由計算機 程序判斷是否共旋轉到180度。如果是，則停止采集；否則繼續重復以上步驟， 共采集90幅圖像進行圖像的三維重建。下一步，由計算機對采集的眼超聲圖像數據進行處理，完成轉換為連續二 維眼球斷層掃描圖像。通過三維超聲重建模塊的計算并重繪，最終得到具有三 維半透明效果的眼球超聲三維模型。實施例3本發明通過設計的圖像采集裝置，采用旋轉體切法獲得眼球的二維圖像數 據，即以眼球的中心為中心，通過計算機控制步進電機旋轉，每旋轉2度獲得 一副矢狀切面圖像，共旋轉180度，獲得卯副圖像，通過圖像變換處理算法， 將該系列的旋轉矢狀切面圖像數據轉換成層切圖像數據，再由這些層切圖用三 維體繪制技術重建成三維眼球圖像。旋轉矢狀切面圖像數據與層切圖像數據的 對應關系參見圖3所示。采集到的二維眼球超聲圖像數據，通過掃描變換關系，整體轉換為傳統的斷層掃描的圖像序列。可以精確的設定該序列的層厚，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 術來實現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。實施例4參見圖4，該圖為眼球超聲三維成像裝置實施例流程圖。 圖4左邊的空心邊圓圈代表實施例流程的開始，右邊的實心邊的圓圈代表 實施例流程的結束。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 的圖像存儲到眼科圖像庫中。如果選擇否，則跳過采集圖像的過程，直接進入 到報告書寫模塊流程中。書寫超聲診斷報告后，由操作員選擇是否對采集的二維超聲圖像進行三維 圖像重建，重建后的眼球超聲三維圖像存儲到眼科三維圖像庫中。成功合成的 眼三維圖像，在顯示界面中，點擊鼠標任意旋轉顯示該圖像，并可以控制顯示 某部分特別是眼球后部的表面地形圖，可以對三維圖像進行處理，包括放大、 調整灰度、旋轉。對三維圖像的調整觀察，可以清晰的發現病灶的位置和大小， 直觀的了解到疾病的狀況，做出精確的診斷。以上對本發明做了說明，但本發明不限于此。本領域的技術人員應該明白， 還可以對本發明做許多修改、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明的精神和范圍，都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
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)、步進電機(3)、探頭固定器(4)、電源(5)、電機驅動器(6)、電源插頭(7)、控制信號線(8)、控制采集PC機(9)構成，垂直升降螺桿(1)和水平升降螺桿(2)連接，步進電機(3)安裝在水平升降螺桿(2)前端，探頭固定器(4)與步進電機(3)連接，步進電機(3)連接電機驅動器(3)，電源插頭(7)連接電源(5)，電源(5)與電機驅動器(6)連接，電機驅動器(6)輸入端與控制信號線(8)連接，PC機(9)的輸出端與控制信號線(8)連接。
2. 根據權利要求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. 根據權利要求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、步進電機、探頭固定器、電源、電機驅動器、電源插頭、控制信號線、控制采集PC機構成，裝置垂直升降螺桿和水平升降螺桿成十字交叉連接，步進電機安裝在水平升降螺桿前端，探頭固定器與步進電機連接，步進電機連接電機驅動器，電源與電機驅動器連接，控制信號線與電機驅動器和PC機連接。本發明成功解決了眼超聲探頭自動控制掃描這個關鍵問題，在不破壞原二維超聲儀器的基礎上，利用采集一個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，空間位置明確。本發明設計合理，適于實用。
文檔編號A61B8/10GK101530335SQ20091009745
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者張惠成, 徐永寧, 朱朝陽, 映 董, 鈕羅涌 申請人:杭州市第一人民醫院