三维超声标定及模板设计

声 探 头 上 的接 收器 确 立 的空 间 坐标 系 与超 声 平 面坐 标 系之 间 的转 换关系。 ３ 模 板 设 计 本 研 究 小 组设 计 了一 个 “ ” 型 的模 板 来 引 导超 声 定位 ，该 Ｎ “ Ｎ”型 模板 由 “ ” 线 框 及 模板 框架 组 成 。 “ ” 型线 框 由 一 Ｎ Ｎ 组 直 径 为０２ｍｍ的棉 线 构 成 ，该 棉线 富有 一 定 的 弹性 ，使 得 棉线 ． 存干 燥 和潮 湿 状 态下 均保 持 绷 紧 。棉 线从 模 板 的前 后 壁上 直径 为 ｌｍｎ的 小孔 穿 过 ，在 模 板 框 架 中 央形 成 上 下 两 层 ，每层 两个 ， ｌ 共４ “ 个 Ｎ”型 线 框 ，这 样 能 保 证 检 查 的 点 是 在 一个 三维 的空 间 七。 每 条 线 中 央 都 固 定 有 一 个 圆 珠 ，共 １ 个 圆 珠 。 每层 的两 个 ０ “ ” 型 线框 有 一 条 共 用 边 ，每 个 “ Ｎ Ｎ” 型线 框 具 有 相 同 的 尺 寸 （ ６ ｍ× ５ｍ １０ｍ ４ ｍ），且 都平 行于 模板 坐标 系 的ｘ Ｙ 面 ， “ ” — 平 Ｎ 型端 点 在模板 坐标 系 中 的坐标 已知 ，如 图 ｌ 所示 ． ｔ 参数 的精 度 ． 述 通过模 板 及穿 线孔 的￣ Ｔ精 度得 以保证 。 Ｊ ． ｎ
因此 更 多的是 采用 磁场 跟踪 。 根 据 标 定 的模 板 不 同 ，大致 可 分 为 类 ：点 式 ，线 式 和 面
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式 。点 式 模 板是 通 过 拟合 某 点的 测量 计 算位 置 与实 际 位置 来 进行 标 定 ，在 整 个水 槽 中 只有 一个 目标 点 ，这样 的话 ，每 次捕 捉 到该 点 的难 度 比较大 ；线式 和面式 模 板都 是 通过 比较拟 合 测量 计 算两 点 之 间 的线 段距 离 和 实 际距 离 ，来进 行 标定 ，线式 和 而式 的方法 邵 是计 算 点距 的方 式 ，需要 的点数 多 ，辨别 也不 易【】 式 与 而 ４。线 式 相 比算 法 简单 ，成 像 速度 相对 较快 ，所 以本 研 究通 过研 究 一 种 改 进 的Ｎ 型线式 模板 来 引导超 声成像 。
摘
要 三 维超 声相比二 维超 声可 以提供 更 多更详 细的位置信 息，且成像 直观 。本 文主要 阐述 了三维超 声标定的 原理及 方
法，并设 计 了一个 “ Ｎ”型模板 来引导超声扫描 定位 ，使 缺陷的形状与位置 自动化 呈现 。实验证明 ：通过 自行设计 的该Ｎ型 模板 ，只需要提取６张超声图像并且 自动提取超 声图像 中的特征点 ，通过这种方 法只要３ 分钟左右就能 实现标定 ，可以满足 实
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超 声 检 测 以二 维 图像 作 为输 出数 据 ，存 在 以下 问题 ：① 二维 超 声 图像 信 息具 有 空 问局 限性 ，检测 人 员需 要 根据 经 验在 大 脑 中构 建 缺 陷 的 ｉ维形状 。②具 备上述 经验 的 检测 人员需 要经 过３ ５ 的专 —年 业 训 练 。③ 即使 经过 专业 的训练 ，由 于个 体 差异 ，掌 握 该项 技 术 的水 平 不尽 相 同 。针 对 以 问题 ，本研 究 通过 设 计一 种 模板 来 引 导超 声 探头 进 行 扫描 成 像 ，从而 使 二维 超 声 图像 向 维 空 间定 位 成为 可能 ，后续 才 能通过 计算 机构建 缺 陷 的三 维 图像 。 １ 三维超声 标定发展进程
际 的操 定 ；超 声标定 ；Ｎ型模 板 中图分类 号 Ｔ ８ ２ 文献标 识码 Ａ Ｂ ５ 文章编号 １７ ６３
超 声 检 测 作 为 一 种 重 要 的 无 损 检 测 技 术 不 仅 具 有 穿 透 能 力 强 、设 备 简 单 、使 用 条件 和安 全 性好 、检测 范 围广 等 根本 性 的优 点 。同时 与Ｃ 、ｘ Ｔ 射线 、核 磁共 振等 多种 医疗 手术 导引手 段相 比 ， 超 声 导 引具 有 廉价 、安全 、实时 等优 势 ，因此 在各 种 穿刺 和 病灶 消融 当 中有 比较 泛 的应 用 。所 以在所 有 无损 检 测 中 ，超声 无 损 『 ｌ 榆 测 技 术是 发 展最 快 ，应 用 最广 的 一种 无 损检 测技 术 。但 是 传 统
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应 用 方 法 论
２ 年 １ 凳２第期 ０ ５ 藉霸 １
三维超声标定及模 板设 计
郑林浩 ，么 娆 ，范嘉炜 ，王彦骏 ，陈 骁 ‘ ，黄 飞
（ ．－ １ １ｔ海 ： ＿ 程技术 大学航 空运输学 院 ， 海 ２ １２ ；２武汉大学 电子信息学院 ，湖Ｊ 武汉 ４ ０ ７ ０６０ ． Ｅ ３ ０ ２）
随 着 国 内外 超 声 无 损 检 测 技 术 的 高 速 发展 ，使 得 超 声 检 查 技 术逐 渐趋 向成 熟 。 目前 ， 维 超 声 的 获取 方法 有 三种 ：① 利 用
二 维面 阵探 头 发 射体 积 超声 束从 而 获 得 实时 的三 维空 间数 据 的方 法 ；② 利用 马达 带 动超 声探 头进 行 匀 速地 扫 描从 而获 得 互 维 空间 的数 据 ；③ 自由手 动扫描 （ ｒ ｈｎ ）的ｊ 维超 声方法 。Ｆｅｈｎ Ｆｅ ａ ｄ ｅ ｒｅａｄ 有 体 积 小 、在 任 意角 度均 能 扫描 和 能 进行 不连 续扫 描 等 优 点成 为 于术 过 程 中 的 首选 。在 手动 超声 二 维 成像 中 ，重要 步 骤 之 一是 获 取各 幅 冈像 位 姿 以便 进行 图像 对 准 ，罔像 位姿 的获取 可 以 采用 光 学或 磁 场跟 踪 ，光学 跟 踪容 易受 到 遮 挡 ，而且 对 光线 很 敏 感 ，