論文の概要: A Unified Platform and Quality Assurance Framework for 3D Ultrasound Reconstruction with Robotic, Optical, and Electromagnetic Tracking

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.20077v1
• Date: Fri, 20 Mar 2026 15:56:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 19:48:39.220942
• Title: A Unified Platform and Quality Assurance Framework for 3D Ultrasound Reconstruction with Robotic, Optical, and Electromagnetic Tracking
• Title（参考訳）: ロボット・光・電磁探査による3次元超音波再構成のための統一プラットフォームと品質保証フレームワーク
• Authors: Lewis Howell, Manisha Waterston, Tze Min Wah, James H. Chandler, James R. McLaughlan,
• Abstract要約: 本研究では,3次元US再構築のためのQAフレームワークと,追跡されたUS研究のための柔軟なオープンソースプラットフォームを提案する。 様々な対称性特性を持つ幾何学的包含を含むカスタムファントムは、光学的、電磁的、ロボット的な運動追跡を簡単に評価することができる。 この枠組みを適用することで、我々のロボット3D USは最先端の再構築性能を達成できることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Three-dimensional (3D) Ultrasound (US) can facilitate diagnosis, treatment planning, and image-guided therapy. However, current studies rarely provide a comprehensive evaluation of volumetric accuracy and reproducibility, highlighting the need for robust Quality Assurance (QA) frameworks, particularly for tracked 3D US reconstruction using freehand or robotic acquisition. This study presents a QA framework for 3D US reconstruction and a flexible open source platform for tracked US research. A custom phantom containing geometric inclusions with varying symmetry properties enables straightforward evaluation of optical, electromagnetic, and robotic kinematic tracking for 3D US at different scanning speeds and insonation angles. A standardised pipeline performs real-time segmentation and 3D reconstruction of geometric targets (DSC = 0.97, FPS = 46) without GPU acceleration, followed by automated registration and comparison with ground-truth geometries. Applying this framework showed that our robotic 3D US achieves state-of-the-art reconstruction performance (DSC-3D = 0.94 +- 0.01, HD95 = 1.17 +- 0.12), approaching the spatial resolution limit imposed by the transducer. This work establishes a flexible experimental platform and a reproducible validation methodology for 3D US reconstruction. The proposed framework enables robust cross-platform comparisons and improved reporting practices, supporting the safe and effective clinical translation of 3D ultrasound in diagnostic and image-guided therapy applications.
• Abstract（参考訳）: 3次元超音波(US)は診断、治療計画、画像誘導療法を容易にする。 しかしながら、最近の研究では、特にフリーハンドやロボットによる3DUS再構築において、堅牢な品質保証(QA)フレームワークの必要性が強調されているため、ボリューム精度と再現性に関する包括的な評価はめったに行われていない。 本研究では,3次元US再構築のためのQAフレームワークと,追跡されたUS研究のための柔軟なオープンソースプラットフォームを提案する。 対称性の異なる幾何学的包摂物を含むカスタムファントムは、光学的、電磁的、ロボット的運動追跡を、異なる走査速度と照射角度で容易に評価することができる。 標準化されたパイプラインは、GPUアクセラレーションを伴わない幾何学的ターゲット(DSC = 0.97, FPS = 46)のリアルタイムセグメンテーションと3次元再構成を行い、その後、自動登録と地上構造測地との比較を行う。 この枠組みを適用して、我々のロボット3D USは、トランスデューサが課す空間分解能限界に近づき、最先端の再構築性能(DSC-3D = 0.94 +- 0.01, HD95 = 1.17 +- 0.12)を達成することを示した。 本研究は3次元US再建のための柔軟な実験プラットフォームと再現可能な検証手法を確立する。 提案フレームワークは,診断および画像誘導療法における3D超音波の安全かつ効果的な臨床翻訳を支援するため,堅牢なクロスプラットフォーム比較と報告プラクティスの改善を実現する。

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