专利名称：一种三维超声定位和手术导航系统及其图像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种超声波图像处理系统和该系统的图像处
理方法。
背景技术：
目前国内对乳腺肿瘤有几种检查方法:①体检、②钥靶X光照片、③超声波检查、④红外线扫描、⑤穿刺、⑥活检、⑦其他:包括CT、核磁共振。对乳腺肿瘤的诊断以往主要靠X线摄影，X线钥靶摄片可以发现隐匿性病灶包括隐匿性乳腺癌，并能进行立体定位穿刺活检。但中、青年女性乳腺多为致密型，纤维腺瘤与周围组织反差不大，因此对检查乳腺良性肿瘤而言，钥靶摄片并非首选方法。与钥靶X线检查相比，超声不受组织密度影响，特别对致密乳腺伴有肿瘤时，由于声波界面反射的灰度差别而能清楚显示肿块轮廓。超声对乳腺边缘、乳晕区及位置深在靠近胸壁的乳腺肿块，尤其是小而扁平乳房和乳房切除术后的患者，不但能清楚显示肿块的位置、形态结构，并可观察有无胸肌侵犯和有无腋窝、锁骨上窝等淋巴结的转移。另外，超声的可重复性和无创伤性以及费用低等优势是比较明显的。对小的乳腺肿瘤临床上如果不定位，手术中很难找到肿瘤，所以手术前定位是必要的。传统的方法是应用美蓝定位，但由于美蓝易弥散到周围组织中去，造成定位不够准确。X线与超声定位是常用的定位方法，X线定位虽然给外科医生提供了病变的位置，便于切除病变，但X线对人体有害，操作比超声费时费力，许多文献报道，X线定位手术切除的标本行X线检查，仍有约1.5% 10%的病变只有部分切除或没有切除，失败的主要原因是定位金属丝放置的位置不准确。由于X线乳腺定位时患者的体位为站位，手术时患者为仰卧位，可引起定位针尖与肿瘤的位置关系发生变化，致使手术失败。Frak推荐的Hookwire定位穿刺针目前被多数学者采用，其具有细针穿刺所具备的创伤小、不易造成肿瘤播散等优点，导钩不易异位脱落。近几年，出现了利用计算机辅助系统进行检测，并以活组织切片检查进行验证的方法。结果发现，计算机辅助系统总体的乳腺肿瘤检测成功率为89%。从乳腺肿瘤大小来看，该系统对5毫米大小甚至更小的乳腺肿瘤的检测成功率高达92%，11毫米至15毫米大小肿瘤的检测成功率为94%，16毫米至20毫米肿瘤的检测成功率为80%。负责这项研究的美国乔治 华盛顿大学乳腺成像研究中心主任布雷姆说，常用的乳腺检测手段，最难检测出较小的肿瘤，计算机辅助系统将是“提高乳腺癌检测率的一个有效工具”。手术治疗方面，美国的麦默通手术比较先进，但该技术只涉及手术，仍然使用常规的B超定位方法。方法就是在B超或钥靶立体定位引导下，通过计算机控制的真空辅助高速旋切设备，通过一根穿刺针，穿刺到乳房肿物部位，用穿刺针上的旋切刀把乳房肿物完整切除，这样就可达到极微创的程度
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用超声波和红外定位对乳腺进行精确三维定位，用于确诊乳腺疾病，也能为乳腺穿刺和手术进行导航的三维超声定位和手术导航系统；本发明还提供了该三维超声定位和手术导航系统的图像处理方法，通过超声波和红外探头采集数据后进行数据处理能够精确定位乳腺。为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为:一种三维超声定位和手术导航系统，包括超声波探头，在超声波探头上设置有红外探头，所述的红外探头安装3个不共线的红外小球，还包括红外定位装置，用于测定红外小球的位置来定位红外探头，所述的超声波探头、红外探头和红外定位装置与计算机连接。所述的超声波探头为B超探头。所述的三维超声定位和手术导航系统的图像处理方法，数据的构建与更新，红外定位装置采集超声波探头和红外探头的二维数据进行配准形成三维图像数据，同时将采集的超声波图像根据超声波探头位置插入三维，对数据进行更新，对于不连续的数据采取各种插值和平滑处理手段，增加图象清晰度和识别分辨率；弹性配准，对超声波定义的病灶组织与定义的组织进行基于弹性模型的配准，计算出组织移动或变形导致的偏差；虚拟现实，实现并虚拟显示乳腺、乳腺肿瘤、穿刺针、手术路径等三维场景。有益效果:本发明与现有技术相比，其有益效果是:(I)使用本发明的三维超声定位和手术导航系统，对乳腺肿瘤组织进行三维成像，在二维B超探头上安装红外探头，通过红外定位装置，采集数据，利用数据处理技术，构成三维B超系统。(2)使用红外定位跟踪技术实现乳腺肿瘤组织的高精度定位跟踪，乳腺肿瘤为软体组织，容易发生移动、变形；使用本发明的三维超声定位和手术导航系统，可以对乳腺肿瘤组织进行三维、实时成像，得到肿瘤动态的精确位置坐标。
(3)使用红外定位跟踪技术和虚拟现实技术，实时跟踪显示穿刺针或手术路径，实现肿瘤穿刺的自动化和手术的智能化。(4)本发明的三维超声定位和手术导航系统处理图像的方法利用数据的构建与更新、弹性配准和虚拟现实图乳腺进行三维成像，实现了乳腺放入精确定位，确诊乳腺疾病，为乳腺的穿刺和手术实现导航。
图1为本发明三维超声定位和手术导航系统结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图，通过一个最佳实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，一种三维超声定位和手术导航系统，包括超声波探头1，在超声波探头I上设置有红外探头2，所述的红外探头2安装3个不共线的红外小球3，还包括红外定位装置4，用于测定红外小球的位置来定位红外探头，所述的超声波探头、红外探头和红外定位装置与计算机5连接，所述的超声波探头为B超探头。所述的三维超声定位和手术导航系统的图像处理方法，数据的构建与更新，红外定位装置采集超声波探头和红外探头的二维数据进行配准形成三维图像数据，同时将采集的超声波图像根据超声波探头位置插入三维，对数据进行更新，对于不连续的数据采取各种插值和平滑处理手段，增加图象清晰度和识别分辨率；弹性配准，对超声波定义的病灶组织与定义的组织进行基于弹性模型的配准，计算出组织移动或变形导致的偏差；虚拟现实，实现并虚拟显示乳腺、乳 腺肿瘤、穿刺针、手术路径等三维场景。
权利要求
1.一种三维超声定位和手术导航系统，其特征在于:包括超声波探头，在超声波探头上设置有红外探头，所述的红外探头安装3个不共线的红外小球，还包括红外定位装置，用于测定红外小球的位置来定位红外探头，所述的超声波探头、红外探头和红外定位装置与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的三维超声定位和手术导航系统，其特征在于:所述的超声波探头为B超探头。
3.根据权利要求1或2所述的三维超声定位和手术导航系统的图像处理方法，其特征在于，数据的构建与更新，红外定位装置采集超声波探头和红外探头的二维数据进行配准形成三维图像数据，同时将采集的超声波图像根据超声波探头位置插入三维，对数据进行更新，对于不连续的数据采取各种插值和平滑处理手段，增加图象清晰度和识别分辨率；弹性配准，对超声波定义的病灶组织与定义的组织进行基于弹性模型的配准，计算出组织移动或变形导致的偏差； 虚拟现实，实现并虚拟显示乳腺、乳腺肿瘤、穿刺针、手术路径等三维场景。
全文摘要
本发明公开了一种三维超声定位和手术导航系统。该系统包括超声波探头，在超声波探头上设置有红外探头，所述的红外探头安装3个不共线的红外小球，还包括红外定位装置，用于测定红外小球的位置来定位红外探头，所述的超声波探头、红外探头和红外定位装置与计算机连接。本发明还公开了所述的三维超声定位和手术导航系统的图像处理方法，通过数据的构建与更新，弹性配准，虚拟现实，实现并虚拟显示乳腺、乳腺肿瘤、穿刺针、手术路径等三维场景。本发明的三维超声定位和手术导航系统，通过超声波和红外探头采集数据后进行数据处理，利用超声波和红外定位对乳腺进行精确三维定位，用于确诊乳腺疾病，也能为乳腺穿刺和手术进行导航。
文档编号A61B19/00GK103099678SQ20131006846
公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者刘永君, 刘凯, 葛云, 章东, 易际平, 何侠, 翟振宇 申请人:江苏亚达科技集团有限公司