李文骏 丁 辉 王广志

(清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084)

引言

超声成像技术具有实时、廉价、无电离辐射等优点，在临床诊断和引导下的介入手术等方面得到了广泛应用[1-2]。在超声引导下的介入治疗、超声融合成像和徒手三维超声成像中[1-3]，为了跟踪探头的空间位置姿态，常常在超声探头上固定光学或电磁位置传感器，通过一系列的空间坐标变换，将超声图像和术前影像、器械位姿等统一到同一个坐标系中。笔者在本文中所讨论的超声探头空间标定，是指确定其中位置传感器坐标系到超声图像坐标系之间的变换关系的过程，这对保证超声引导介入、融合成像或三维重建的系统精度有重要的意义，标定过程中的坐标变换关系如图1所示。通过模型中的位置确定N形标记线，在超声成像中切割出对应的标志点，以及在模型与超声探头上定位传感器的相对位置，可以形成闭环的空间变换关系，其中Ts←i就是所需要标定的变换关系。

图1 标定过程中的坐标变换关系Fig.1 Coordinate systems and transforms in calibration

国内外的研究者已经提出了多种超声探头空间标定方法[4]，其中基于N线模型的方法是应用最为广泛的方法之一[5-6]。这种模型在水箱中设置多组由绷直的细线构成的N形目标，每个N形目标经超声成像形成3个亮斑。拾取图像上各组亮斑的坐标并确定其对应的N线编号后，就可以利用模型的结构参数解得最终的标定变换。

目前，拾取亮斑的坐标、判别哪些亮斑属于同一组N线、确定N线组的编号等工作，是靠人工完成的，这种人工识别和点选亮斑标志点的方法存在一些问题。……