本發(fā)明涉及一種圖像處理系統(tǒng)，具體地，涉及一種基于多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像融合的手術(shù)系統(tǒng)以及導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)：

在外科手術(shù)的微創(chuàng)時(shí)代，血管造影機(jī)、胃腸機(jī)等x光手術(shù)導(dǎo)航設(shè)備成為主要外科手術(shù)工具。利用x光設(shè)備的透視功能對進(jìn)入人體的探針、導(dǎo)絲、導(dǎo)管等進(jìn)行導(dǎo)航，協(xié)助醫(yī)生完成對病灶位置的手術(shù)治療。x光輔助治療技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，透視圖像清晰反映人體解剖特征；缺點(diǎn)是對醫(yī)生和病人有輻射傷害，對比度不足以反映病灶細(xì)節(jié)，如肝癌的傷痕，血管造影機(jī)價(jià)格及維護(hù)成本都較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種集成超聲成像系統(tǒng)、電磁追蹤系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成對同一病人同一病灶不同模態(tài)影像數(shù)據(jù)的融合，為外科手術(shù)提供無輻射、高效率、多視角的導(dǎo)航產(chǎn)品。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種多模態(tài)影像融合手術(shù)系統(tǒng)，包括：超聲成像單元、圖像處理單元、電磁追蹤單元和醫(yī)療顯示器；所述的超聲成像單元和電磁追蹤單元的輸出端連接圖像處理單元的輸入端，所述的圖像處理單元的輸出端連接醫(yī)療顯示器。

進(jìn)一步地，所述的超聲成像單元包括醫(yī)用超聲探頭、超聲影像系統(tǒng)和超聲數(shù)據(jù)接口；所述超聲影像系統(tǒng)的輸入端連接醫(yī)用超聲探頭的輸出端，超聲影像系統(tǒng)的輸出端通過超聲數(shù)據(jù)輸出接口連接圖像處理單元的輸入端。

進(jìn)一步地，所述的電磁追蹤單元包括電磁傳感器、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口；所述信號處理系統(tǒng)的輸入端連接電磁傳感器的輸出端，信號處理系統(tǒng)的輸出端通過數(shù)據(jù)接口連接圖像處理單元的輸入端。

進(jìn)一步地，所述的圖像處理單元還包括一dicom數(shù)據(jù)接口，用于導(dǎo)入其它圖像設(shè)備的數(shù)據(jù)。

一種多模態(tài)影像融合手術(shù)導(dǎo)航方法，應(yīng)用多模態(tài)影像融合手術(shù)系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟一：通過超聲成像單元獲取動(dòng)態(tài)超聲圖像；通過電磁追蹤單元(電磁設(shè)備可采用：ndiaurora醫(yī)用電磁追蹤設(shè)備、stmicroelectronics的inemo-m1電磁感應(yīng)芯片)獲取各醫(yī)療設(shè)備的三維空間坐標(biāo)和路徑，將動(dòng)態(tài)超聲圖像和各醫(yī)療設(shè)備的三維空間坐標(biāo)輸出至圖像處理單元；

步驟二：將其它圖像設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理單元，并依據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信dicom協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，得到其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)及其配置參數(shù)；

步驟三：圖像處理單元將其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)超聲圖像融合，得到融合圖像，然后將融合圖像與三維容積圖像同步，獲得同步圖像；

步驟四：將同步圖像實(shí)時(shí)輸出至醫(yī)療顯示器。

進(jìn)一步地，所述的步驟一具體為：醫(yī)用超聲探頭發(fā)射和接收超聲波，獲取人體器官活動(dòng)界面回聲，通過超聲影像系統(tǒng)對人體器官活動(dòng)界面回聲信號進(jìn)行圖像重建，獲得動(dòng)態(tài)超聲圖像并輸出至圖像處理單元；電磁傳感器附著在目標(biāo)設(shè)備和人體表面，獲得目標(biāo)設(shè)備和人體表面在三維空間的實(shí)時(shí)信號，通過信號處理系統(tǒng)對實(shí)時(shí)信號處理，獲得目標(biāo)設(shè)備和人體表面的空間坐標(biāo)并輸出至圖像處理單元。

進(jìn)一步地，所述的步驟三具體為：

步驟3.1：對各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到融合圖像；

步驟3.2：對步驟二導(dǎo)入的其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行3d重建，得到手術(shù)部位的三維容積圖像；

步驟3.3：在步驟一獲得的空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，將融合圖像和三維容積圖像同步，得到同步圖像。

進(jìn)一步地，所述的步驟3.1具體為：

步驟s1：對各模態(tài)影像數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的平滑系數(shù)進(jìn)行去噪處理；

步驟s2：對去噪后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的增強(qiáng)系數(shù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，在保真的基礎(chǔ)上突出興趣區(qū)域和病灶信息；

步驟s3：在步驟一獲得的空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，對增強(qiáng)后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)；

步驟s4：對配準(zhǔn)后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，選擇各模態(tài)影像數(shù)據(jù)相應(yīng)的優(yōu)勢頻率進(jìn)行圖像融合。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的超聲成像設(shè)備價(jià)格便宜和維護(hù)容易，結(jié)合電磁追蹤設(shè)備的坐標(biāo)反饋，通過計(jì)算機(jī)高速融合系統(tǒng)將上述各種模態(tài)數(shù)據(jù)有機(jī)融合，設(shè)定針對不同手術(shù)流程的融合方法，不僅可以為醫(yī)生、病人免去x射線輻射之苦，而且可以提供病灶清晰、實(shí)時(shí)高效的導(dǎo)航影像，再結(jié)合2d-3d同步技術(shù)，提高了手術(shù)路徑的可視化體驗(yàn)。

本系統(tǒng)的造價(jià)大大低于血管造影機(jī)，超聲探頭可以常年使用，超聲成像系統(tǒng)和圖像工作站維護(hù)簡單，升級容易。本發(fā)明通過臨床測試可以逐步替代現(xiàn)有x光設(shè)備，成為外科微創(chuàng)手術(shù)的主力導(dǎo)航設(shè)備。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

一種多模態(tài)影像融合手術(shù)系統(tǒng)，包括：超聲成像單元、圖像處理單元、電磁追蹤單元和醫(yī)療顯示器；所述的超聲成像單元和電磁追蹤單元的輸出端連接圖像處理單元的輸入端，所述的圖像處理單元的輸出端連接醫(yī)療顯示器。

其中，超聲成像單元包括醫(yī)用超聲探頭、超聲影像系統(tǒng)和超聲數(shù)據(jù)接口；所述超聲影像系統(tǒng)的輸入端連接醫(yī)用超聲探頭的輸出端，超聲影像系統(tǒng)的輸出端通過超聲數(shù)據(jù)輸出接口連接圖像處理單元的輸入端。

電磁追蹤單元即電磁設(shè)備可采用：ndiaurora醫(yī)用電磁追蹤設(shè)備或者stmicroelectronics的inemo-m1電磁感應(yīng)芯片，均包括電磁傳感器、信號處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口；所述信號處理系統(tǒng)的輸入端連接電磁傳感器的輸出端，信號處理系統(tǒng)的輸出端通過數(shù)據(jù)接口連接圖像處理單元的輸入端。

前述圖像處理單元還包括一dicom數(shù)據(jù)接口，用于導(dǎo)入其它圖像設(shè)備的數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施時(shí)：

一種多模態(tài)影像融合手術(shù)導(dǎo)航方法，包括以下步驟：

步驟一：通過超聲成像單元獲取動(dòng)態(tài)超聲圖像；通過電磁追蹤單元(電磁設(shè)備可采用：ndiaurora醫(yī)用電磁追蹤設(shè)備、stmicroelectronics的inemo-m1電磁感應(yīng)芯片)獲取各醫(yī)療設(shè)備的三維空間坐標(biāo)和路徑，將動(dòng)態(tài)超聲圖像和各醫(yī)療設(shè)備的三維空間坐標(biāo)輸出至圖像處理單元，其中：

醫(yī)用超聲探頭發(fā)射和接收超聲波，獲取人體器官活動(dòng)界面回聲，通過超聲影像系統(tǒng)對人體器官活動(dòng)界面回聲信號進(jìn)行圖像重建，獲得動(dòng)態(tài)超聲圖像并輸出至圖像處理單元；電磁傳感器附著在目標(biāo)設(shè)備和人體表面，獲得目標(biāo)設(shè)備和人體表面在三維空間的實(shí)時(shí)信號，通過信號處理系統(tǒng)對實(shí)時(shí)信號處理，獲得目標(biāo)設(shè)備和人體表面的空間坐標(biāo)并輸出至圖像處理單元。

步驟二：將其它圖像設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理單元，并依據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信dicom協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，得到其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)及其配置參數(shù)；

步驟三：圖像處理單元將其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)超聲圖像融合，得到融合圖像，然后將融合圖像與三維容積圖像同步，獲得同步圖像，具體為：

步驟3.1：對各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到融合圖像，具體融合方式可以采用下述步驟；

s1：對各模態(tài)影像數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的平滑系數(shù)進(jìn)行去噪處理；

s2：對去噪后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的增強(qiáng)系數(shù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，在保真的基礎(chǔ)上突出興趣區(qū)域和病灶信息；

s3：在步驟一獲得的空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，對增強(qiáng)后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)；

s4：對配準(zhǔn)后的各模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，選擇各模態(tài)影像數(shù)據(jù)相應(yīng)的優(yōu)勢頻率進(jìn)行圖像融合。

步驟3.2：對步驟二導(dǎo)入的其它模態(tài)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行3d重建，得到手術(shù)部位的三維容積圖像；

步驟3.3：在步驟一獲得的空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，將融合圖像和三維容積圖像同步，得到同步圖像。

步驟四：將同步圖像實(shí)時(shí)輸出至醫(yī)療顯示器。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。