一种三维图像成像方法和系统与流程

本发明涉及图像处理技术，更具体地说，涉及一种获得通过连续二维图像实现三维图像成像的方法和系统。

背景技术：

三维图像成像在医学领域得到广泛应用，其中有一种三维图像成像方式是通过获得连续二维图像及相应空间来获得三维图像成像，在此类三维图像成像系统中，空间位置信息通常是如以下三类之一获取：1)应用一种机械扫描装置得到每一张二维图的位置和信息；2)应用一种空间信息传感器，比如，电磁式、光学传感式等；3)利用所获得的连续二维图像之间的内在的相关性及图像尺寸，以上三种方法都有自己的优缺点。其中，第三种方法不需要借助扫描探头之外的任何装置，因此是一种最经济实用的方法，而且可以让扫描探头不需要任何改动而达到三维图像成像的效果，但是三维扫描范围有限，扫描速度不能太快，并只能以一个方向扫描，探头的角度在扫描的过程中不能随意改变，大大限制了实用性。

技术实现要素：

针对现有的上述三维图像成像技术的不足，提出一种三维图像成像方法和系统，可利用探头本身获得的图像信息提取三维空间信息，从而实现被扫描物体的三维图像成像。

一种三维图像成像方法，所述方法是通过利用构造的二维扫描探头扫描到的三维空间信息来实现的，包括以下步骤：

s1)由扫描探头获取当前位置的至少两幅正交的有关扫描对象的二维图像；

s2)将所述扫描探头沿空间的某一方向移动若干距离或转动若干角度，并获得至少两幅正交的有关扫描对象的二维图像；

s3)比较在步骤s1和s2中获得相应方向上的二维图像，从而得到该方向上扫描探头的移动距离和转动角度；

s4)重复步骤s1-s3的步骤直到扫描对象被完全扫描到；

s5)利用所获取的所有有关扫描对象的二维图像及每组图像相对于前一组图像的移动距离和转动角度来重建有关扫描对象的三维图像。

根据本发明所述的三维图像成像方法，所述二维图像是超声图像、光层析成像(oct)、光声图像、太赫兹成像的一种。

根据本发明所述的三维图像成像方法，所述正交的两幅有关扫描对象的二维图像之中的其中一幅是具有相对低的分辨率，其主要目的是用于获取清晰图像所对应平面内扫描探头的移动距离和转动角度，不是用于最终的三维图像成像。

根据本发明所述的三维图像成像方法，正交的两幅有关的扫描对象的二维图像有不同的尺寸。

根据本发明所述的三维图像成像方法，正交的两幅有关扫描对象的二维图像实时获得的，至少25帧/秒，保证扫描探头在时间是两邻接帧图像之间的移动和转动主要发生在一个平面上。

根据本发明所述的三维图像成像方法，二维图像的转动角度是通过设置于扫描探头上的加速计来获得的。

在按照本发明提供的一种利用多方位二维扫描图像探头获取的三维图像成像系统，包括至少两个用于获得正交图像的探头、用于获取图像的成像装置、用于分析连续二维图像探头移动距离和转动角度的计算单元、安装在扫描探头上用于获取所述正交二维图形转动角度的加速度计。

根据所述的一种利用多方位二维扫描图像探头获取的三维图像成像系统，成像装置获得的图像是超声成像、光层析成像(oct)、光声成像以及太赫兹成像中的一种。

根据所述的一种利用多方位二维扫描图像探头获取的三维图像成像系统，获得正交图像的探头尺寸不相同。

有益效果

本发明提出的一种三维图像成像方法和系统，根据正交构成的扫描探头本身获得的图像信息和三维空间信息，利用三维图像成像装置把扫描对象的三维图像构建出来，既简化了成像系统的结构构成，降低了费用，又提高了成像系统的使用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明分别在两个平面上的扫描探头的布局示意图；

图2是利用图1布局的两个扫描探头形成两个二维图像的示意图；

图3是扫描对象在不同的二维图像中移动的说明性示意图；

图4是扫描对象在不同的二维图像中转动的说明性示意图；

图5是采用超声波换能器组成彼此正交扫描探头的说明性示意图；

图6是现有技术超声扫描探头换能器阵列的示意图；

图7是本发明中具有正交扫描探头的超声换能器阵列示意图；

图8是本发明实施例的三维图像成像方法的流程示意图；

图9本发明提出的三维图像成像系统实施例的示意图；

图10是由三个探头构成的换能器阵列的布局示意图；

图11是本发明采用两个oct探头的布局示意图；

图12本发明利用两个oct探头进行正交扫描来获取两个二维图像的示意图；

图13本发明利用一个oct探头进行正交扫描来获取两个二维图像的示意图；

图14本发明利用一个光声成像探头(包括一个超声探头和一个激光束)和一个正交的超声探头的布局图

具体实施方式

图1是分别在两个平面上的扫描探头101的布局示意图，现有的扫描技术中只有一个探头，每次获得的图像也只有一幅二维图像，不利于扫描对象的立体成像，图2是利用图1布局的两个正交扫描探头形成两个二维图像102的示意图，两个正交探头每次扫描对象获取的是一组两幅互相正交的二维图像，图3是扫描对象在不同的二维图像103中移动的说明性示意图，通过移动具有正交探头105的超声换能器整列105获取的相对于上一组正交二维图像改变位置的一组正交二维图像，图4是扫描对象在不同的二维图像104中转动的说明性示意图，通过转动具有正交换能器阵列的扫描探头105获取的相对于上一组正交二维图像不同角度的一组正交二维图像，图5是本实施例中正交探头105中的换能器阵列的说明性示意图，图6是现有技术中的超声探头换能器阵列106的示意图，只有一个扫描探头的换能器阵列106，每次扫描获取一幅二维图像，图7是本实施例中具有正交扫描探头的换能器阵列107的示意图，具有两个相互正交扫描探头的超声换能器阵列107，每次扫描相关对象获取一组两幅相互正交的二维图像，通过改变扫描探头107的位置获取不同位置的正交的二维图像(104，105)，连续性地获得不同位置的正交的二维图像(104，105)以及相邻组的距离和位置，然后通过三维图像成像装置获得相关扫描对象的三维图像。

图8是本发明通过构造的扫描探头获取空间信息进行三维图像成像的方法流程图；图9是本发明提供的一种三维图像成像系统的示意图，请参考图1-图9，一种通过构造的扫描探头获取空间信息进行三维图像成像的方法，包括以下几个步骤：

s1)由每次扫描时正交扫描探头105构造的超声换能器探头107获取当前位置的一组至少两幅有关扫描对象的二维图像(103a，103c)或者(104a，104c)；超声换能器探头107由两个扫描探头正交构成，扫描到的二维图像103a与103c正交，二维图像104a与104c正交；

s2)将超声波换能器扫描探头107沿空间的某一方向移动若干距离或转动若干角度，并获得至少两幅正交的有关扫描对象的二维图像(103b，103d)或者(104b，104d)；要获得相关扫描对象的三维图，超声波换能器扫描探头107沿某一方向移动一段距离或者转动一定的角度并同时进行扫描，获得移动后或者转动后的一组正交二维图像(103b，103d)或者(104b，104d)；

s3)超声波换能器扫描探头107比较在步骤s1和s2中获得相应方向上的二维图像(103b，103d)与(103a，103c)或者(104b，1034)与(104a，104c)，利用计算不同组正交图像空间信息的角度和位置信息的计算单元202，得到该方向上扫描探105的移动距离和转动角度信息；

s4)重复步骤s1-s3的步骤，连续性地沿着某一个方向移动和转动超声换能器探头107，扫描并存储移动和转动后的扫描对象的二维图像，发送给三维图像成像的三维图像成像装置203直到扫描探头遍历扫描对象所有位置信息；

s5)接收到步骤s4获取的所有有关扫描对象的二维图像及每组图像相对于前一组图像的移动距离和转动角度信息后，三维图像成像装置203重建有关扫描对象的三维图像。

在本实施例中，参考图3或者图4，正交的两幅图的其中一幅是有相对低的分辨率，目的是为了获取清晰图像的对应平面内扫描探头105移动的距离信息和转动的角度信息，但低分辨率的二维图像并不用于最终的三维图像成像装置203的成像。

根据本发明所述的三维图像成像方法，本实施例中，请参考图3或者图4，正交的两幅有关扫描对象的二维图像是实时获得的，至少25帧/秒，保证超声波换能器扫描探头107在间隔时间内的两邻接帧图像之间的移动和转动主要发生在一个平面上。

根据本发明所述的三维图像成像方法，本实施例中，连续获得的相邻两组正交的二维图像的转动角度信息是通过设置于扫描探头201上的加速计201a来获得的。

请参考图9，在按照本发明提供的一种利用多方位二维扫描图像探头获取的三维图像成像系统，包括至少两个用于获得正交图像的扫描探头201、用于分析连续二维图像探头移动距离和转动角度的计算单元202、用于获取三维图像的成像装置203。

根据本发明所述的三维图像成像系统，扫描探头201由至少两个换能器阵列正交构成，扫描探头201一方面将实时扫描的正交图像连续地发送给三维图像成像装置203，另一方面把角度信息和距离位置信息发送给计算单元202，计算单元202在对角度信息和距离位置信息进行比较计算后发送给三维图像成像装置203用于三维图像成像。

扫描探头201包括二维成像装置201b和获取扫描探头201角度信息的加速计，二维成像装置201b用于获取二维正交图像，二加速度计用于获取扫描探头201的转动角度信息。

根据本发明所述的三维图像成像系统203获得的图像可以是超声成像、光层析成像(oct)、光声成像以及太赫兹成像中的一种。

根据本发明所述的三维图像成像系统203，获得正交图像的扫描探头尺寸不相同。

图10是本发明成像中的三个探头的换能器阵列构成布局示意图，10b1和10b2正交于10a。由探头10b1和10b2形成的图像信息可以互相补充，如其中之一不能得到质量好的图像，就可以利用另一个图像进行相关计算。也可以将两幅图像中获得的信息平均以增加准确度。

图11是本发明中采用两个光层析(oct)探头的布局示意图；图12本发明中的利用两个oct探头进行正交扫描来获取两个二维图像的示意图；图13本发明中的利用一个oct探头进行正交扫描来获取两个二维图像的示意图，即一个oct探头在一个位置扫描获取二维图像后，然后在正交的位置扫描就可以获得正交的两幅二维图像。

图14是本发明中采用一个光声探头(包括一个主超声探头141及一个激光束142)加一个辅助超声探头143的布局示意图，其中用于扫描探头的移动和转动信息测量的辅助超声换能器阵列143工作在超声成像模式，即发射和接收超声用于成像，从而获取主超声探头141在相应平面的移动和转动。工作在超声模式的主超声探头141可以获得更多在相应平面的移动和转动的信息测量，也可以工作在光声成像模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。