一种基于光学定位的超声探头标定方法

在手持二维超声探头扫描重建三维超声图像之前,需要进行超声探头标定。为了在标定图像数量少的情况下,快速有效地标定超声探头,提出一种基于光学定位的超声探头标定方法。设计一种由两个互相垂直的平面组成的立体标定模板。在标定过程中,手持超声探头扫描标定模板,由光学定位设备获取摄像机与模板的变换矩阵、超声探头与摄像机的变换矩阵。每次扫描得到超声声束与模板三正交轴的3个交点,共构造6个标定方程。当采集两幅以上标定图像时,即可非线性优化求解得到超声图像与超声探头的变换矩阵,未知量包括6个空间变量和两个超声图像比例因子。仿真实验表明,标定误差随图像数量增加而减小,当图像数量大于30幅时,标定平均误差小于1 mm;真实实验表明,该方法在采用20幅以上标定图像时,标定平均误差小于2 mm。该方法平均标定精度满足超声影像导航手术的需求,并为进一步的三维超声重建奠定基础。

基于光学定位系统的超声探头标定方法

在超声引导介入手术等应用中,为了利用三维定位系统对超声成像平面进行跟踪,需要对超声探头与超声图像的几何关系进行标定。为此,在传统的N线型模型基础上,设计了一个已知8个坐标点的模型,并结合NDI光学定位跟踪系统进行标定。该标定方法过程分为三步:首先将光学定位接收器绑定在超声探头上,当超声探头扫描模板时,超声图像上将依次显示已知8个坐标点的亮点;其次由光学定位跟踪系统能得到接收器到发射器的坐标变换,发射器到模型的坐标变换;最后以模板中已知点作为特征点,利用最小二乘法进行标定计算,得到光学定位接收器与超声图像的位姿关系矩阵,实现超声探头标定。实验证明该方法简单易行,标定精度为2.72 mm,满足超声引导的需求且比传统标定精度有所提高,为进一步三维重构了奠定基础。

基于N线模型的超声探头自动标定方法

在超声引导下的介入治疗等应用中,利用三维定位系统跟踪超声成像平面的位置和姿态,从而定位病灶位置。对超声探头与定位系统的传感器间的空间变换关系进行标定,是影响整体系统精度的重要环节。广泛应用的基于N线模型的标定方法要求手工拾取超声图像中亮斑标志点的坐标并识别其对应的N线组编号。传统的人工点选方法容易引入主观定位误差和编号错误,且耗时较长。对此,提出一种预测标志点位置、在其邻域进行搜索、确定N形目标点坐标和编号的自动标定方法,以提高探头标定的精度和效率。实验表明,新方法与传统方法相比,精密度从1.57 mm提高到0.63 mm,标定误差从2.66 mm降低到1.80 mm;处理每帧图像所需的平均时间为0.067 s,节省大量人工操作的时间,并保证标定的精度。

一种提高N线模型探头标定精度的解算方法

在超声引导的介入治疗中,为了利用三维定位系统实现对超声成像平面的跟踪,超声探头与定位系统的传感器之间几何关系的标定是影响整体引导精度的重要环节。广泛应用的N线模型和传统最小二乘解算方法在超声探头标定中存在注册点共面性丢失的问题,进而影响标定精度。针对这一问题,提出一种先拟合虚拟成像平面,再进行共面约束下标定的解算方案,以提高利用N线模型进行标定的精度。实际的标定实验结果表明,新的解算方法能够有效地解决共面性丢失带来的精度影响,与传统解算方法相比,标定误差从5.88 mm降低到4.11 mm。

基于磁导航的徒手超声三维重建

不同的超声探头与定位传感器间的空间变换难以统一,对此,基于磁导航设计了一种“三层简易N线”标定模型,以简便的方式完成超声探头的自动化标定。提出了一种“简易快速包围盒”方法确定重建空间,利用基于像素的方式和光线投影算法得到三维可视化结果,简化了超声重建过程,实现了一种快速徒手超声三维重建。

前列腺手术机器人系统超声图像混合配准方法

病人空间与CT图像空间的配准是图像导航前列腺粒子植入手术机器人系统的重要部分,其关键在于提高靶区配准精度.经直肠超声探头有准确获得体内信息的优势,因此提出了一种结合体表信息以及体内超声图像信息的混合配准方法.固定电磁定位仪接收器于超声探头上,通过探头标定实验,获取二维超声图像坐标到电磁定位仪接收器的坐标转换矩阵,计算超声图像上点的空间三维坐标.模型配准实验结果表明,引入超声图像和未引入超声图像的靶点配准误差分别是(2.60±0.38)mm和(3.19±0.46)mm,靶区配准精度得到较大提高.

基于二维超声-三维CT配准的肾脏穿刺定位方法可行性研究

医学影像引导的经皮肾穿刺手术是经皮肾镜取石术中建立手术通道的重要手段,高质量的实时医学图像可以提高术中穿刺精度,减少手术风险。针对自由呼吸下经皮肾穿刺靶点的导航定位问题,该研究提出了一种基于术中二维超声-术前三维CT实时配准的肾脏穿刺定位方法。首先对肾脏轮廓特征的二维超声图像和三维CT图像进行由粗到精的快速配准,然后通过超声探头标定,将配准融合后的图像注册到手术空间,实现穿刺靶点的实时定位。人体腹部模型实验结果表明,超声探头标定均方根误差为0.998 mm,二维超声和三维CT数据配准误差为0.709 mm,平均配准运算时间为1.15 s,最终的平均定位误差为2.265 mm。