一种基于光学定位的超声探头标定方法.pdfVIP

32卷 5期 中 国 生 物 医 学 工 程 学 报 Vo1．32 NO．5 October 2O13 2013年 l0月 ChinesejournalofBiomedicalEngineering 一 种基于光学定位的超声探头标定方法 任 亮 邱天爽 郭 勇 (大连理工大学 生物医学工程系 ，大连 116024) 摘 要：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 1mm；真实实验表明，该方法在采用2O幅以上标定图像时，标定平均误差小于2mm。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 。 关键词 ：超声探头标定；手持超声成像 ；光学定位 中国分类号 R318 文献标志码 A 文章编号 0258—8021(2013)05—0526-06 UltrasoundProbeCalibrationM ethodBased onOpticalTrackingSystems RENLiang QIUTian—Shuang’ GUOYong (DepartmentofBiomedicalEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China) Abstract：Ultrasound probe calibration isa necessary step in the processof3D ultrasound imagingby a ~eehand2D ultrasoundprobe．Inordertocalibrateultrasoundprobequicklyand effectivelywithsmallnumber ofcalibrationimages，aflexiblecalibrationmethodbasedon opticaltrackerwaspresented fordeterminingthe unknowntransformationmatrix．First，acalibration pattern containingtwomutuallyperpendicularplanes,was developed．In theprocessofcalibration，thecalibration patternwasscanned byarfeehand2D ultrasound probe．Transformationmatricewerecalculatedfrom cameratocalibrationpatternandrfom ultrasoundprobeto ultrasoundimage．Therewere3crosspointsbetweenuhrasoundbeam andthreeorthogonalaxesofthepatternin eachtrial，which setup6calibrationequations．Theun