目的:用2D超声探头进行Freehand 3D扫描,需要记录成像面的相对位置,传统的方法是利用固定的光学或电磁传感器跟踪探头的轨迹,这一方法既贵且不方便。新近广泛使用在移动通信设备中的MEMS惯性传感器可以检测物体的运动过程而无须外部固定设备的参与。本文提出了在普通的2D探头中内置MEMS角速度传感器检测其角位移的方法,不仅可以作为完整的免轨迹传感器3D解决方案的一部分,而且还可以单独使用在球形器官的徒手3D扫描中。方法:本文提出了这一方法的理论并建立了球形器官扫描的数学模型。在一个普通的2D机械扇扫探头中置入一个角速度传感器,并进行了实验研究,实现了对一个置于球壳中的线靶的三维扫描和重建。结果:对线靶的三维扫描和重建的实验表明,线靶的重建误差不超过3.5%,且能正确得表达探头的运动轨迹。实验的重复性也较好。结论:内置惯性传感器的探头进行徒手3D扫描,既避免了通常3D探头的复杂结构和控制,又避免了使用轨迹传感器。重建实验表明,本文提出的方法对线靶的重建精度可以达到3.5%以下。用角速度传感器为徒手3D扫描提供探头的角位移信息是一个可行的方案。