Phantom with multiple active points for ultrasound calibration
Phantom with multiple active points for ultrasound calibration
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具有多个用于超声校准的活动点的体模
DOI：
10.1117/1.jmi.5.4.045001
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发表时间：
2018
影响因子：
2.4
通讯作者：
Boctor, Emad M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang, Haichong K.;Cheng, Alexis;Kim, Younsu;Ma, Qianli;Chirikjian, Gregory S.;Boctor, Emad M.
超声（US）图像的精确跟踪和定位用于各种计算机辅助介入。US校准是一种术前程序，用于恢复桥接跟踪传感器和US图像坐标系的变换。尽管已经提出了许多校准体模设计，但是阻碍所得到的校准精度的限制是US仰角射束厚度。先前的研究已经提出了一种基于主动回波（AE）的校准概念，以克服这一限制，利用动态主动US反馈从一个单一的PZT元件为基础的幻影，这有助于在美国海拔平面内放置的幻影。然而，搜索仰角中平面的过程是耗时的，并且需要专用硬件来启用“AE”功能。扩展这个有源体模，我们提出了一个美国校准的概念和相关的数学框架，使快速和准确的美国校准使用多个“活动”点。所提出的US校准可以通过最小化执行中平面搜索的次数和缩短校准时间来简化校准过程。通过仿真和实验验证了该方案的可行性，并实现了亚毫米级的标定精度。该结果表明，多个有源点体模具有为需要高跟踪精度的应用提供上级校准性能的潜力。
Accurate tracking and localization of ultrasound (US) images are used in various computer-assisted interventions. US calibration is a preoperative procedure to recover the transformation bridging the tracking sensor and the US image coordinate systems. Although many calibration phantom designs have been proposed, a limitation that hinders the resulted calibration accuracy is US elevational beam thickness. Previous studies have proposed an active-echo (AE)-based calibration concept to overcome this limitation by utilizing dynamic active US feedback from a single PZT element-based phantom, which assists in placing the phantom within the US elevational plane. However, the process of searching elevational midplane is time-consuming and requires dedicated hardware to enable “AE” functionality. Extending this active phantom, we present a US calibration concept and associated mathematical framework enabling fast and accurate US calibration using multiple “active” points. The proposed US calibration can simplify the calibration procedure by minimizing the number of times midplane search is performed and shortening calibration time. This concept is demonstrated with a configuration mechanically tracking a US probe using a robot arm. We validated the concept through simulation and experiment, and achieved submillimeter calibration accuracy. This result indicates that the multiple active-point phantom has potential to provide superior calibration performance for applications requiring high tracking accuracy.
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作者：
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Boctor, Emad M.
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--
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期刊：
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