传统的图像导航系统是建立在病人的三维组织解剖结构模型基础上的,而三维组织解剖结构是从病人术前图像的三维重建和可视化中提取出来的。对于软组织的导航而言,因为呼吸、身体的运动等会导致器官发生形变,所以之前建立的器官模型不能正确地反映术中的组织解剖结构,从而导致导航精度降低,甚至失败。因此,软组织形变的准确跟踪对于胸腹部手术的导航具有重要的研究和临床意义。在本课题的研究中,我们通过将高分辨率的术前CT/MRI影像、实时B超图像和电磁定位系统有机的结合,提出并初步实现了一种基于超声的软组织形变实时跟踪的框架和方法。基于这个框架,我们可以对感兴趣区域组织的三维结构和形变进行有效跟踪。该技术有望使腹部介入治疗、微创手术以及开放手术的精度大幅度提高。跟踪系统的硬件主要由电磁定位系统、视频图像捕获系统、个人计算机等组成。其中二维超声扫描设备的视频输出和个人计算机上的视频图像采集卡相连接,电磁定位系统的空间位置和方向传感器则固定在超声探头上。我们编写了应用于实验的系统软件,该软件主要由CT/MRI影像坐标系与电磁定位系统坐标系刚性配准、实时二维超声图像捕获和定位、超声图像处理及多模态显示等模块组成。其中,在实时超声图像捕获和定位模块,超声探头按顺序扫描所有的感兴趣区域,视频捕获系统将捕获一系列的ROI(Region of Interest,感兴趣区域)图像帧,同时跟踪传感器获取每帧图像所对应的空间位置和方向信息,这些数据都将传递给个人计算机。在超声图像处理模块,为了得到感兴趣区域(如肾)的形状,根据对所获取图像特性的分析,我们选择了基于局部统计信息的滤波算法和模糊C均值分割算法对超声图像进行处理。上述过程可以根据需要重复进行。整个工作流程和框架已初步通过实验验证。我们通过体模实验验证了超声设备及探头的使用对电磁定位系统的性能不会产生明显影响;通过体表标记点,我们实现了术前MRI图像和定位系统的配准,并测试验证了配准误差在1-3mm之间,该误差在软组织的形变跟踪中是可以接受的;我们同时实现了二维B超图像中对肾脏区域的分割及其与术前三维图像的对比显示。初步实验说明实时超声成像对于涉及软组织的微创手术及介入治疗具有很大的帮助作用,实时超声图像和术前三维解剖结构图像相结合可以明显地提高软组织导航的性能,但是图像分辨率低和扫描区域有限限制了该技术的进一步应用。本课题实现了基于超声成像对软组织形变进行实时跟踪的系统框架。通过体模和志愿者实验验证了基于实时影像的软组织形变跟踪技术在临床应用的可行性。通过结合术前图像高质量的优点和实时超声成像较好的分辨能力,解决了软组织导航技术的关键问题。本课题对涉及软组织开放及微创手术的基于图像引导的术中计算机导航技术的实现及应用具有重要的意义。同时,本课题提供了一种可行的软组织研究手段,对软组织特性的研究具有重要价值。