一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模

1.本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模。


背景技术：

2.超声生物显微镜是临床中应用的一种新型高频超声成像设备，对于眼前节、皮肤等浅表组织器官疾病的诊断，在保证一定的探测深度的前提下，具有出色的分辨能力，可在活体条件下观察组织结构的细微改变。其图像分辨力可达30微米，几何位置测量精度达到2％。与传统医学超声诊断设备不同，超声生物显微镜由于其超声波频率较高，目前临床上普遍采用单阵元换能器，通过步进电机或音圈电机配合机械传动结构的设计方式，实现二维图像的扇型或线型扫描。因此，随着环境、温度的变化，以及常时间应用所导致的机构磨损及材料老化，均有可能对超声生物显微镜的图像几何位置精度造成影响，因此，需定期对超声生物显微镜的探头扫描精度进行校准。
3.根据高频超声诊断仪国家行业标准yy0849-2011，采用直径为10微米的钨丝构建测试线靶，来校准超声生物显微镜图像的几何位置精度。由于此线靶制作难度大，10微米钨丝极易折断，在测试过程中需经培训后的专业技术人员的仔细操作，完成相关校准验证工作。因此该装置只能适合在医疗器械研发与生产单位中使用，不便于临床医生在医疗机构中对仪器进行定期校准测试。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型的目的在于，提供一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其具有安全可靠，不易损坏且操作简便的优点。
5.一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其包括体模本体，所述体模本体表面开设有校准沟槽，所述校准沟槽包括沿所述体模本体的长度方向相对且对称设置的两个侧壁，所述侧壁设置有若干校准棱，所述校准棱均垂直于所述体模本体的长度方向设置，其沿所述校准沟槽的深度方向依次包括第一校准凸棱、第一校准凹棱、第二校准凸棱以及第二校准凹棱，其中所述第一校准凸棱与所述第一校准凹棱位于同一竖直平面，所述第一校准凹棱与所述第二校准凸棱位于同一水平平面，所述第二校准凸棱以及所述第二校准凹棱位于同一竖直平面，且两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离大于两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离。
6.本实用新型实施例所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其通过在所述体模本体上开设校准沟槽，并在所述校准沟槽相对的两个侧壁上设置若干校准棱，超声生物显微镜的换能器沿所述工装板体的长度方向运动并扫描成像，利用超声在所述校准棱的不同凸棱及凹棱上的回波信息进行图像几何位置精度的校准：利用两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离以及两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离验证横向几何位置精度是否准确；利用同一所述侧壁上的第一校准凸棱与第一校准凹棱之间的
垂直距离以及同一所述侧壁上的第二校准凸棱与第二校准凹棱之间的垂直距离验证纵向几何位置精度是否准确；同时两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离大于两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离，可用于超声生物显微镜在不同景深模式下横向、纵向几何位置精度的校准。该装置安全可靠，不易损坏，克服了钨丝线靶难以携带、运输、及长时间存储的缺陷。同时，在无需专业工程技术人员指导的情况下，方便医生操作使用，并能够获得较高的检测精度。且可及时发现问题并进行调整，最终达到减小图像诊断误差，提高测量精度，降低仪器维护成本的目的。
7.进一步地，两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离为10～15mm；两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离为5～7mm。
8.进一步地，同一所述侧壁上的第一校准凸棱与第一校准凹棱之间的垂直距离为4～5mm；同一所述侧壁上的第二校准凸棱与第二校准凹棱之间的垂直距离均为4～5mm。
9.进一步地，所述体模本体上表面还设置有若干锯齿沟槽，所述锯齿沟槽沿所述体模本体的长度方向均匀设置于所述校准沟槽的两侧。
10.进一步地，所述锯齿沟槽的宽度至少为0.5mm，相邻两所述锯齿沟槽的间距为0.5～1.0 mm。
11.进一步地，所述体模本体为刚性塑胶材料制件，其结构强度高，使装置安全可靠，不易损坏，且由于校准时为以水作为声波传输介质，相对于金属材料，塑胶材料其声阻抗与水差异较小，回声信息信息弱，能够避免对测量的准确性造成影响。
12.进一步地，所述校准沟槽为截面呈矩形的阶梯槽结构，其阶梯级数至少为3。
13.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例1所述体模本体结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例1所述体模本体结构正视图；
16.图3为本实用新型实施例1所述体模本体结构俯视示意图；
17.图4为本实用新型实施例1所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模校准过程示意图；
18.图5为超声生物显微镜在近景扫描模式下横向几何位置精度校准图像；
19.图6为超声生物显微镜在近景扫描模式下纵向几何位置精度校准图像；
20.图7为超声生物显微镜在全景扫描模式下横向几何位置精度校准图像；
21.图8为超声生物显微镜在全景扫描模式下纵向几何位置精度校准图像；
22.图9为超声生物显微镜对所述锯齿沟槽的扫描成像图。
具体实施方式
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.实施例1
25.请参照图1-3，图1为本实用新型实施例1所述体模本体结构示意图，图2为本实用新型实施例1所述体模本体结构正视图，图3为本实用新型实施例1所述体模本体结构俯视示意图，如图所示，本实用新型实施例1提供一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其包括体模本体1，体模本体1表面开设有校准沟槽10，具体地，校准沟槽10为截面呈矩形的阶梯槽结构，其阶梯级数至少为3；校准沟槽10包括沿体模本体1的长度方向相对且对称设置的两个侧壁12，侧壁12设置有若干校准棱，所述校准棱均垂直于体模本体1的长度方向设置，其沿校准沟槽10的深度方向依次包括第一校准凸棱、第一校准凹棱、第二校准凸棱以及第二校准凹棱，其中第一校准凸棱即棱a和棱a'，第一校准凹棱即棱b和棱b'，第二校准凸棱即棱c和棱c'，第二校准凹棱即棱d和棱d'。
26.其中，所述第一校准凸棱与所述第一校准凹棱位于同一竖直平面，即棱a和棱b位于同一竖直平面，所述第一校准凹棱与所述第二校准凸棱位于同一水平平面，即棱b和棱c位于同一水平平面，所述第二校准凸棱以及所述第二校准凹棱位于同一竖直平面，即棱c和棱d 位于同一竖直平面，由于两个侧壁12相对且对称设计，可得，棱a和棱a'、棱b和棱b'、棱 c和棱c'以及棱d和棱d'分别对应位于同一水平平面，棱a'和棱b'位于同一竖直平面，棱 b'和棱c'位于同一水平平面，棱c'和棱d'位于同一竖直平面。
27.两个侧壁12上的第一校准凸棱之间的水平距离大于两个侧壁12上的第二校准凸棱之间的水平距离，棱a和棱a'之间的水平距离为d1，棱c和棱c'之间的水平距离为d2，d1＞ d2。
28.临床应用中，超声生物显微镜通常需要包含两种图像扫查范围(全景模式、近景模式)。其中，全景模式主要用于观察被测组织较大区域内的整体状态，近景模式更适合于观察浅表组织结构的细微变化。因此在图像校准过程中，全景模式下需要更大的显示范围和校准标尺，全景模式下仪器的最大横向扫描范围一般在16～17mm，而近景模式下仪器的最大横向扫描范围一般在8～10mm。因此，为了在同一个测量体膜中可同时满足各个不同扫查范围的校准要求，且确保在不同景深模式下横向、纵向几何位置精度校准的检测精度，在本实施例中，两个侧壁12上的第一校准凸棱之间的水平距离为10～15mm，即棱a和棱a'之间的水平距离 d1为10～15mm，两个侧壁12上的第二校准凸棱之间的水平距离为5～7mm，即棱c和棱 c'之间的水平距离d2为5～7mm，具体地在本实施例中，d1＝10mm，d2＝5mm。
29.另外，在考虑图像显示范围的同时兼顾超声生物显微镜的换能器焦距，在本实施例中，同一侧壁12上的第一校准凸棱与第一校准凹棱之间的垂直距离为4～5mm，棱a和棱b之间的垂直距离为h1，棱a'和棱b'之间的垂直距离为h1'，即h1＝h1'为4～5mm；同一侧壁12 上的第二校准凸棱与第二校准凹棱之间的垂直距离均为4～5mm，棱c和棱d之间的垂直距离为h2，棱c'和棱d'之间的垂直距离为h2'，即h2＝h2'为4～5mm，具体地在本实施例中， h1＝h1'＝4mm，h2＝h2'＝4mm。
30.作为一种优选实施方式，在本实施例中，体模本体1上表面还设置有若干锯齿沟槽20，锯齿沟槽20沿体模本体1的长度方向均匀设置于校准沟槽10的两侧。锯齿沟槽20的宽度至少为0.5mm，相邻两锯齿沟槽20的间距为0.5～1.0mm。利用锯齿沟槽20的设置，通过使用超声生物显微镜换能器2对等间距的锯齿沟槽20进行扫描图像，可进一步观察图像的均匀性，判断是否会因为电机驱动或者机械结构的传动故障，带来图像的横向失真。
31.体模本体1为刚性塑胶材料制件，其结构强度高，使装置安全可靠，不易损坏，且由于校准时为以水作为声波传输介质，相对于金属材料，塑胶材料其声阻抗与水差异较小，回声信息信息弱，能够避免对测量的准确性造成影响。
32.在进行校准扫描时，请参照图4，图4为本实用新型实施例1所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模校准过程示意图，如图所示，在测试过程中，首先需在校准沟槽10 内充满蒸馏水或脱气水，以作为声波传输介质，并防止微小气泡影响图像测量。将待进行图像几何位置精度校准的超声生物显微镜的换能器2浸入校准沟槽10内，使其分别以全景模式和近景模式两种扫描模式，并以体模本体1的长度方向作为扫描方向往复运动，即沿图4中箭头s所示方向，对校准沟槽10内进行扫描并形成二维图像，通过棱a、棱b、棱c、棱d 和棱a'、棱b'、棱c'、棱d'这八条棱的回波信息验证图像的横向和纵向几何位置精度，并自图像上测得相应的水平距离及垂直距离，并将其与实际距离进行对比。
33.请参照图5-6，图5为超声生物显微镜在近景扫描模式下横向几何位置精度校准图像，图6为超声生物显微镜在近景扫描模式下纵向几何位置精度校准图像，利用棱c与棱c'之间的水平距离验证横向几何位置精度是否精确，如图5所示，利用棱c与棱d之间的垂直距离验证纵向几何位置精度是否准确，如图6所示。请参照图7-8，图7为超声生物显微镜在全景扫描模式下横向几何位置精度校准图像，图8为超声生物显微镜在全景扫描模式下纵向几何位置精度校准图像，由于全景模式图像显示范围较大，利用棱a与棱a'的水平距离验证横向几何位置精度，如图7所示，利用棱a与棱b的垂直距离验证纵向几何位置精度，如图8所示。
34.随后将所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模的体模本体1整体浸入充满蒸馏水或脱气水的水槽中，将待进行图像几何位置精度校准的超声生物显微镜的换能器2浸入该水槽内，使其以体模本体1的长度方向作为扫描方向往复运动，对体模本体1的表面进行扫描并形成二维图像，请参照9，图9为超声生物显微镜对所述锯齿沟槽的扫描成像图，如图所示，该图像可用于进一步观察图像扫描的均匀性。
35.采用以上校准操作方法，可验证图像几何位置精度是否超出设计要求，当发现测量值与真实值出现差异时，通过调整软件参数，在不更改硬件结构的前提下重新校准图像，满足临床诊断要求。
36.由上所述，本实用新型实施例所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其通过在所述体模本体上开设校准沟槽，并在所述校准沟槽相对的两个侧壁上设置若干校准棱，超声生物显微镜的换能器沿所述工装板体的长度方向运动并扫描成像，利用超声在所述校准棱的不同凸棱及凹棱上的回波信息进行图像几何位置精度的校准：利用两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离以及两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离验证横向几何位置精度是否准确；利用同一所述侧壁上的第一校准凸棱与第一校准凹棱之间的垂直距离以及同一所述侧壁上的第二校准凸棱与第二校准凹棱之间的垂直距离验证纵向几何位置精度是否准确；同时两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离大于两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离，可用于超声生物显微镜在不同景深模式下横向、纵向几何位置精度的校准。该装置安全可靠，不易损坏，克服了钨丝线靶难以携带、运输、及长时间存储的缺陷。同时，在无需专业工程技术人员指导的情况下，方便医生操作使用，并能够获得较高的检测精度。且可及时发现问题并进行调整，最终达到减小图
像诊断误差，提高测量精度，降低仪器维护成本的目的。
37.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：包括体模本体，所述体模本体表面开设有校准沟槽，所述校准沟槽包括沿所述体模本体的长度方向相对且对称设置的两个侧壁，所述侧壁设置有若干校准棱，所述校准棱均垂直于所述体模本体的长度方向设置，其沿所述校准沟槽的深度方向依次包括第一校准凸棱、第一校准凹棱、第二校准凸棱以及第二校准凹棱，其中所述第一校准凸棱与所述第一校准凹棱位于同一竖直平面，所述第一校准凹棱与所述第二校准凸棱位于同一水平平面，所述第二校准凸棱以及所述第二校准凹棱位于同一竖直平面，且两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离大于两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离。2.根据权利要求1所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：两个所述侧壁上的第一校准凸棱之间的水平距离为10～15mm；两个所述侧壁上的第二校准凸棱之间的水平距离为5～7mm。3.根据权利要求2所述超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：同一所述侧壁上的第一校准凸棱与第一校准凹棱之间的垂直距离为4～5mm；同一所述侧壁上的第二校准凸棱与第二校准凹棱之间的垂直距离均为4～5mm。4.根据权利要求1所述的超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：所述体模本体上表面还设置有若干锯齿沟槽，所述锯齿沟槽沿所述体模本体的长度方向均匀设置于所述校准沟槽的两侧。5.根据权利要求4所述的超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：所述锯齿沟槽的宽度至少为0.5mm，相邻两所述锯齿沟槽的间距为0.5～1.0mm。6.根据权利要求1所述的超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：所述体模本体为刚性塑胶材料制件。7.根据权利要求6所述的超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：所述体模本体为聚甲基丙烯酸甲酯制件、聚碳酸酯制件或聚甲醛树脂制件。8.根据权利要求1所述的超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模，其特征在于：所述校准沟槽为截面呈矩形的阶梯槽结构，其阶梯级数至少为3。

技术总结
本实用新型涉及一种超声生物显微镜的图像几何位置精度校准体模。本实用新型通过在校准沟槽相对的两个侧壁上设置若干校准棱，超声生物显微镜的换能器沿所述工装板体的长度方向运动并扫描成像，利用两条处于同一水平平面的凸棱之间的水平距离可验证横向几何位置精度是否准确，利用两条处于同一竖直平面的凸棱及凹棱之间的垂直距离可验证纵向几何位置精度是否准确。该装置安全可靠，不易损坏，克服了钨丝线靶难以携带、运输、及长时间存储的缺陷。同时，在无需专业工程技术人员指导的情况下，方便操作使用，并能够获得较高的检测精度，且可及时发现问题并进行调整，最终达到减小图像诊断误差，提高测量精度，降低仪器维护成本的目的。目的。目的。


技术研发人员：王晓春 周盛 王效宁 杨军 计建军 王令霄 张天柱 巩丽文
受保护的技术使用者：中国医学科学院生物医学工程研究所
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/5/25