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(xué)成像手段相比，超聲成像技術(shù)具有無損性、實(shí)時(shí)性、靈活性、廉價(jià)性等優(yōu)勢(shì)，在臨床上具有廣泛的應(yīng)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(xué)的介入手術(shù)規(guī)劃，從而使介入手術(shù)更加安全、可靠。
　　本文針對(duì)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(guān)鍵技術(shù)，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(jì)算機(jī)。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(jù)，并采用時(shí)間標(biāo)定技術(shù)來確定超聲圖像與空間位姿數(shù)據(jù)之間的時(shí)間偏移關(guān)系，進(jìn)而對(duì)電磁定位儀數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，以保證采集到的超聲圖像與探頭的位姿數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。
　　由于電磁定位儀采集到的位姿數(shù)據(jù)是電磁定位儀接收器相對(duì)于發(fā)射器的實(shí)時(shí)讀數(shù)，而不是對(duì)超聲圖像平面位置的直接表述，因此需要通過空間標(biāo)定來求解電磁定位儀接收器坐標(biāo)系與超聲圖像坐

3、標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在分析了現(xiàn)有標(biāo)定模型的基礎(chǔ)上，制作了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙層“Z”形模型，以模型斜線與超聲圖像平面的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)，采用最小二乘法進(jìn)行空間標(biāo)定矩陣的求解，最終確立了從超聲圖像坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的完整映射關(guān)系。
　　采用基于最近鄰像素的無插值算法對(duì)體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，保證了重建算法的快速性和準(zhǔn)確性。該算法的主要思想為：通過對(duì)物體進(jìn)行充分掃描以減少空缺體素的數(shù)目；合理設(shè)定三維晶格的坐標(biāo)系及體素的尺寸大小，以減少運(yùn)算量；通過對(duì)超聲

4、圖像進(jìn)行預(yù)處理來保護(hù)圖像細(xì)節(jié)、減少噪聲；根據(jù)空間標(biāo)定確立的三維映射關(guān)系，將像素從超聲圖像平面映射到世界坐標(biāo)系中，為距離此三維位置最近的體素賦予灰度值；對(duì)于多個(gè)像素對(duì)應(yīng)同一個(gè)體素的情況，采用灰度值最大的策略對(duì)像素進(jìn)行取舍。
　　為保證可視化的圖像質(zhì)量及實(shí)時(shí)性，本文基于VTK，采用光線投射算法實(shí)現(xiàn)了三維可視化的體視圖技術(shù)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了面視圖技術(shù)。最后采用離體動(dòng)物器官對(duì)本文所確立的三維可視化系統(tǒng)進(jìn)行了功能實(shí)驗(yàn)，并對(duì)三維重建及圖像定