基于Freehand超聲圖像的三維重建方法研究.pdf

1、與CT和MRI等醫(yī)學成像手段相比，超聲成像技術具有無損性、實時性、靈活性、廉價性等優(yōu)勢，在臨床上具有廣泛的應用前景。三維超聲成像克服了傳統(tǒng)二維超聲成像的缺陷，為醫(yī)生提供解剖區(qū)域立體、直觀的三維影像，可以使醫(yī)生制定更加科學的介入手術規(guī)劃，從而使介入手術更加安全、可靠。
　　本文針對freehand方式采集超聲圖像的特性，研究了超聲圖像三維重建的關鍵技術，搭建了超聲圖像三維重建系統(tǒng)，系統(tǒng)包括超聲儀、電磁定位儀、圖像采集卡和計算機。由于

2、freehand采集到的超聲圖像在空間排列的任意性，將電磁定位儀接收器固定在超聲探頭上以記錄超聲探頭的空間位姿數(shù)據，并采用時間標定技術來確定超聲圖像與空間位姿數(shù)據之間的時間偏移關系，進而對電磁定位儀數(shù)據進行插值，以保證采集到的超聲圖像與探頭的位姿數(shù)據一一對應。
　　由于電磁定位儀采集到的位姿數(shù)據是電磁定位儀接收器相對于發(fā)射器的實時讀數(shù)，而不是對超聲圖像平面位置的直接表述，因此需要通過空間標定來求解電磁定位儀接收器坐標系與超聲圖像坐

3、標系的轉換關系。在分析了現(xiàn)有標定模型的基礎上，制作了結構簡單的雙層“Z”形模型，以模型斜線與超聲圖像平面的交點作為特征點，采用最小二乘法進行空間標定矩陣的求解，最終確立了從超聲圖像坐標系到世界坐標系的完整映射關系。
　　采用基于最近鄰像素的無插值算法對體數(shù)據進行三維重建，保證了重建算法的快速性和準確性。該算法的主要思想為：通過對物體進行充分掃描以減少空缺體素的數(shù)目；合理設定三維晶格的坐標系及體素的尺寸大小，以減少運算量；通過對超聲

4、圖像進行預處理來保護圖像細節(jié)、減少噪聲；根據空間標定確立的三維映射關系，將像素從超聲圖像平面映射到世界坐標系中，為距離此三維位置最近的體素賦予灰度值；對于多個像素對應同一個體素的情況，采用灰度值最大的策略對像素進行取舍。
　　為保證可視化的圖像質量及實時性，本文基于VTK，采用光線投射算法實現(xiàn)了三維可視化的體視圖技術，采用坐標轉換實現(xiàn)了面視圖技術。最后采用離體動物器官對本文所確立的三維可視化系統(tǒng)進行了功能實驗，并對三維重建及圖像定