一、实验任务
根据超声模拟探头实体在人体模型实体中的空间位置，截取人体CT体数据的一幅切片，模拟得到超声图像，指引使用者将模拟消融针实体插入到病灶靶点区域，完成超声引导的肿瘤消融微创手术。
二、实验目的
1. 了解超声图像的基本成像原理，掌握基于CT体数据的超声图像模拟方法；
2. 了解图像弹性配准的基本原理，掌握不同的人体CT体数据与真实人体模拟体数据弹性配准方法；
3. 掌握多组坐标系之间的转换方法；
4. 掌握超声图像与CT体数据融合显示的方法。
三、实验要求
1. 运用超声图像模拟方法，完成基于CT体数据的超声图像快速、精确模拟；
2. 运用弹性配准方法，实现真实人体CT体数据与人体模型CT体数据的快速、准确配准；
3. 运用坐标系转换方法，将CT体数据、超声模拟探头实体、超声模拟图像统一到一个坐标系中；
4. 运用融合显示的方法，将超声模拟图像和真实人体CT体数据渲染图像融合显示。
四、实验设备
人体模型、超声探头模型、体感定位仪、计算机。
五、实验提示（实验理论、实验操作方法和实验技巧）
基于CT影像的超声图像实时模拟方法
超声图像模拟的主要步骤为：首先，声波进入人体组织器官发生散射时，血细胞因为运动而出现多普勒现象，并清楚的显示在超声图像中，而由于血液在CT成像中不会出现多普勒现象，因此基于CT数据的超声图像模拟中血管处的失真度较高，所以需要对CT体数据进行血管增强处理。本课题拟采用多尺度血管增强算法对CT体数据进行血管增强处理，并将增强后的图像与源图像按权重叠加。所谓多尺度血管增强算法是借助Hessian矩阵的特征值，采用高斯函数设计多尺度增强滤波函数，通过改变高斯函数的标准偏移量来获得不同尺度下的线性增强滤波，利用特征值对不同形状结构的响应差异对图像进行增强，使得图像中管状目标沿中心线灰度最高且灰度向边缘减弱，而非管状目标变暗，以此实现血液多普勒现象在超声图像中的模拟。而后根据超声的传播规律，设计一种超声传播方向相邻像素差值比重的方法计算声场的反射系数，降低算法的复杂度，实现单换能器超声图像的模拟；最后采用窗函数实现多换能器超声图像融合的效果，从而得到最终的超声图像模拟结果。
图1 超声图像与CT图像之间的映射关系
图2 B型超声图像的扇形视场
