一种多功能儿科穿刺系统的制作方法

本发明属于医疗领域，尤其涉及一种多功能儿科穿刺系统。

背景技术：

婴幼儿和儿童的皮下肌肉组织较薄弱，当患有胸腹腔积液病症需抽取积液时，用常规穿刺针穿刺由于深浅不易控制，易导致肝脏损坏，或者穿刺后固定不良从而导致穿刺失效，不能抽放积液，再次操作则增加患者的痛苦。特别进行脑部穿刺手术时，不能看到脑内实时动态图像，很难确定正确的穿针部位深度，增加了手术难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多功能儿科穿刺系统，旨在解决进行脑部穿刺手术时，不能看到脑内实时动态图像，很难确定正确的穿针部位深度，增加了手术难度的问题。

本发明是这样实现的，一种多功能儿科穿刺系统，该多功能儿科穿刺系统包括：CT检测模块、CT显像模块、穿针模块、录像记录模块；

CT检测模块的输出端与CT显像模块的输入端连通，录像记录模块通过不同方位摄像头全程记录手术过程，CT显像模块为穿刺模块提供图像支持;

所述的录像记录模块包括：摄像头、存储模块;

所述的穿针模块包括：穿刺针、蝶形固定装置；所述的穿刺针上设有刻度标记，蝶形固定装置上设有卡槽;

所述CT显像模块内置图像处理模块，该图像处理模块包括：

图像采集单元，所述图像采集单元用于获取图像，具体包括检测发生器、初步探测模块，细分探测模块，数据收集模块；

数据获取单元，所述数据获取单元用于获取与所述图像对应的拍摄信息，具体包括数据采集模块、处理器模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块、稀疏化处理模块和重建模块，所述数据采集模块将接受的信号传输到处理器模块，所述数据采集模块获取CT扫描采集的投影数据；所述数据采集模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块和重建模块依次连接；

数据转换单元，所述数据转换单元用于将所述拍摄信息转换成数字信息；

标识图形生成单元，所述标识图形生成单元用于根据所述数字信息生成标识图形；

图像处理单元，所述图像处理单元用于在所述图像的设定区域形成所述标识图形；

对处理后的图像进行优化的检测优化模块；

所述穿针模块设置有心电波智能分析模块、情绪感知模块，该心电智能分析模块包括智能分析单元及与所述智能分析单元连接的心电信号噪声分析单元、T 波交替散点图法心电信号分析单元。

进一步，所述的图像处理单元内设置有图像滤波模块，该图像滤波模块包括：

获取模块，用于获取图像中的待滤波像素以及所述待滤波像素的参考像素；

组合模块，用于将所述参考像素的像素值按处理器一次性能够处理的数据量进行组合得到组合数据；

滤波模块，用于基于所述组合数据对所述待滤波像素进行并行滤波。

进一步，所述检测优化包括：

前一帧图像通过单帧图像方法进行图像检测，提取检测出的矩形框的坐标并保存；单帧图像采用划分区域遍历式方法，把图像从上到下依次分为上、中上、中下、下四个区域，并用不同比例的扫描窗口依次对每一区域进行匹配；

根据前一帧图像检测的结果对下一帧图像进行跟踪和识别，具体为：通过改变前一帧矩形框的横纵坐标值使矩形框放大一定的比例作为当前帧的感兴趣区域,当前帧图像只需对感兴趣区域通过的单帧图像的方法进行扫描窗口遍历匹配，并且根据扫描窗口的下边界区域判断窗口是否会增大。

进一步，所述的检测优化还包括：

将采集到的图像建立图像的显著模型，所述建立图像的显著性模型包括：

利用预定过分割算法对所述图像进行过分割，和模板参数提取，对整个输入图像，以8*8个像素为单元，计算每个单元的平均灰度值和每个单元的最大灰度值，得到至少一个区域，同一个所述区域中各个像素点的颜色值相同；

确定每个所述区域的颜色值和质心；

根据各个区域所对应的颜色值以及各个区域的质心，建立显著性模型。

进一步，检测优化模块还用于计算出每一个像素的梯度及角度值φ，将0°-180°平均分成9 个区间，根据计算的每一个像素的梯度和角度φ，按照线性距离的概念投影到这9 个区间，每个像素对所影响的上下两个区间的权重分别定义为幅度* 该角度到区间中心角度的归一化线性距离。

进一步，所述目标图像获取模块还用于基于CT图像的成像模型，获得依据所述投影数据计算目标图像的迭代模型，所述迭代模型的公式表示为：

其中，X为所述目标图像，M 为系统矩阵，G为所述投影数据，i表示迭代次数，Xi表示第 i次迭代后得的迭代结果 ；λ表示收敛系数，且λ∈(0,1)，MT表示对矩阵 M 的转置；设置所述目标图像的初始值，并根据预先设置的迭代次数利用所述迭代模型对所述目标图像中的每个像素点进行迭代更新，获取最终的目标图像，所述迭代模型中的像素点的当前灰度值与前次迭代的灰度值一致逼近。

进一步，所述的情绪感知模块测量紧张情绪的紧张值T=k1×E1(HRV)+k×E(P)+k×E(R)，其中，

k₁+ k₂+ k₃=1 ；

E₁(HRV)=φ(HRV)/H₀，0<E₁(HRV)<1；

φ(HRV)=HRV(t-2)+HRV(t-1)+HRV(t)；

E₂(P)=(P(t)- P(t-1))/P₀，0<E2(P)<1；

E₃(R)=(A–R(t))/A，0<E₃(R)<1 ；

HRV、P 和R 分别代表心率变化值、血压值和表皮导电阻值，k₁，k₂，k₃为加权系数，分别体现心率变化、血压和表皮导电性对情绪紧张程度度量值的贡献，E₁ (HRV)为根据心率变化计算出的情绪紧张程度，E₂(P)为根据血压变化计算出的情绪紧张程度，E₃ (R)为根据皮肤导电性变化计算出的情绪紧张程度，t 为当前时刻，t-1 为当前时刻的前一时刻，t-2 为当前时刻的前两时刻，φ(HRV) 为t-2 时刻、t-1 时刻与当前时刻的心率变化值之和，HRV(t-2)为t-2 时刻的心率变化值，HRV(t-1) 为t-1 时刻的心率变化值，HRV(t) 为当前时刻的心率变化值，H0 为被测对象正常情绪状态下的心率值，P(t) 为当前时刻的血压值，P(t-1) 为t-1时刻的血压值，P0 为被测对象在正常情绪状态下的血压值，A为被测对象预先测量的皮肤电阻参考值，R(t) 为当前时刻皮肤电阻值。

进一步，T 波交替散点图法心电信号分析单元计算T 波交替幅度值：

对心电信号中N 个连续ST-T 心动周期的一组采样点进行FFT 快速傅里叶变换分析，其功率谱的计算公式如下：

其中，l 为整数，且0 ≤ l ≤ 127，N ＝ 128，m=7，b_i 为第i 个样点的值。

本发明提供的多功能儿科穿刺系统，通过对穿刺部位做CT检测，在检测的同时将内部图像显示到CT显像模块上，然后医务人员就可以直观的用穿刺针对患者做穿刺手术，整个过程有专门的录像记录模块全程记录，为其他学者提供学习的机会也为患者保留一份记录材料，该系统结构简单，使用方便，CT显像模块、心电波智能分析模块、情绪感知模块全程监控手术过程中体征，有利于穿刺手术的顺利完成，有利于穿刺手术的顺利完成。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多功能儿科穿刺系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的多功能儿科穿刺系统穿刺针结构示意图；

图中：1、CT检测模块；2、CT显像模块；3、穿针模块；3-1、刻度标记；3-2、卡槽；3-3、蝶形固定装置；3-4、穿刺针；4、录像记录模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图1、附图2及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明是这样实现的，一种多功能儿科穿刺系统，该多功能儿科穿刺系统包括：CT检测模块1、CT显像模块2、穿针模块3、录像记录模块4；

CT检测模块1的输出端与CT显像模块2的输入端连通，录像记录4模块通过不同方位摄像头全程记录手术过程，CT显像模块2为穿刺模块3提供图像支持。

录像记录模块4包括：摄像头、存储模块。

穿针模块3包括：穿刺针3-4、蝶形固定装置3-3；所述的穿刺针3-4上设有刻度标记3-1，蝶形固定装置3-3上设有卡槽3-2。

所述CT显像模块内置图像处理模块，该图像处理模块包括：

图像采集单元，所述图像采集单元用于获取图像，具体包括检测发生器、初步探测模块，细分探测模块，数据收集模块；

数据获取单元，所述数据获取单元用于获取与所述图像对应的拍摄信息，具体包括数据采集模块、处理器模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块、稀疏化处理模块和重建模块，所述数据采集模块将接受的信号传输到处理器模块，所述数据采集模块获取CT扫描采集的投影数据；所述数据采集模块、目标图像获取模块、非负图像获取模块、分解模块和重建模块依次连接；

数据转换单元，所述数据转换单元用于将所述拍摄信息转换成数字信息；

标识图形生成单元，所述标识图形生成单元用于根据所述数字信息生成标识图形；

图像处理单元，所述图像处理单元用于在所述图像的设定区域形成所述标识图形；

对处理后的图像进行优化的检测优化模块；

所述穿针模块设置有心电波智能分析模块、情绪感知模块，该心电智能分析模块包括智能分析单元及与所述智能分析单元连接的心电信号噪声分析单元、T 波交替散点图法心电信号分析单元。

进一步，所述的图像处理单元内设置有图像滤波模块，该图像滤波模块包括：

获取模块，用于获取图像中的待滤波像素以及所述待滤波像素的参考像素；

组合模块，用于将所述参考像素的像素值按处理器一次性能够处理的数据量进行组合得到组合数据；

滤波模块，用于基于所述组合数据对所述待滤波像素进行并行滤波。

进一步，所述检测优化包括：

前一帧图像通过单帧图像方法进行图像检测，提取检测出的矩形框的坐标并保存；单帧图像采用划分区域遍历式方法，把图像从上到下依次分为上、中上、中下、下四个区域，并用不同比例的扫描窗口依次对每一区域进行匹配；

根据前一帧图像检测的结果对下一帧图像进行跟踪和识别，具体为：通过改变前一帧矩形框的横纵坐标值使矩形框放大一定的比例作为当前帧的感兴趣区域,当前帧图像只需对感兴趣区域通过的单帧图像的方法进行扫描窗口遍历匹配，并且根据扫描窗口的下边界区域判断窗口是否会增大。

进一步，所述的检测优化还包括：

将采集到的图像建立图像的显著模型，所述建立图像的显著性模型包括：

利用预定过分割算法对所述图像进行过分割，和模板参数提取，对整个输入图像，以8*8个像素为单元，计算每个单元的平均灰度值和每个单元的最大灰度值，得到至少一个区域，同一个所述区域中各个像素点的颜色值相同；

确定每个所述区域的颜色值和质心；

根据各个区域所对应的颜色值以及各个区域的质心，建立显著性模型。

进一步，检测优化模块还用于计算出每一个像素的梯度及角度值φ，将0°-180°平均分成9 个区间，根据计算的每一个像素的梯度和角度φ，按照线性距离的概念投影到这9 个区间，每个像素对所影响的上下两个区间的权重分别定义为幅度* 该角度到区间中心角度的归一化线性距离。

进一步，所述目标图像获取模块还用于基于CT图像的成像模型，获得依据所述投影数据计算目标图像的迭代模型，所述迭代模型的公式表示为：

其中，X为所述目标图像，M 为系统矩阵，G为所述投影数据，i表示迭代次数，Xi表示第 i次迭代后得的迭代结果 ；λ表示收敛系数，且λ∈(0,1)，MT表示对矩阵 M 的转置；设置所述目标图像的初始值，并根据预先设置的迭代次数利用所述迭代模型对所述目标图像中的每个像素点进行迭代更新，获取最终的目标图像，所述迭代模型中的像素点的当前灰度值与前次迭代的灰度值一致逼近。

进一步，所述的情绪感知模块测量紧张情绪的紧张值T=k1×E1(HRV)+k×E(P)+k×E(R)，其中，

k₁+ k₂+ k₃=1 ；

E₁(HRV)=φ(HRV)/H₀，0<E₁(HRV)<1；

φ(HRV)=HRV(t-2)+HRV(t-1)+HRV(t)；

E₂(P)=(P(t)- P(t-1))/P₀，0<E2(P)<1；

E₃(R)=(A–R(t))/A，0<E₃(R)<1 ；

HRV、P 和R 分别代表心率变化值、血压值和表皮导电阻值，k₁，k₂，k₃为加权系数，分别体现心率变化、血压和表皮导电性对情绪紧张程度度量值的贡献，E₁ (HRV)为根据心率变化计算出的情绪紧张程度，E₂(P)为根据血压变化计算出的情绪紧张程度，E₃ (R)为根据皮肤导电性变化计算出的情绪紧张程度，t 为当前时刻，t-1 为当前时刻的前一时刻，t-2 为当前时刻的前两时刻，φ(HRV) 为t-2 时刻、t-1 时刻与当前时刻的心率变化值之和，HRV(t-2)为t-2 时刻的心率变化值，HRV(t-1) 为t-1 时刻的心率变化值，HRV(t) 为当前时刻的心率变化值，H0 为被测对象正常情绪状态下的心率值，P(t) 为当前时刻的血压值，P(t-1) 为t-1时刻的血压值，P0 为被测对象在正常情绪状态下的血压值，A为被测对象预先测量的皮肤电阻参考值，R(t) 为当前时刻皮肤电阻值。

进一步，T 波交替散点图法心电信号分析单元计算T 波交替幅度值：

对心电信号中N 个连续ST-T 心动周期的一组采样点进行FFT 快速傅里叶变换分析，其功率谱的计算公式如下：

其中，l 为整数，且0 ≤ l ≤ 127，N ＝ 128，m=7，b_i 为第i 个样点的值；

设定0.46 ～0.49 周期/ 心拍内的噪声视为背景噪声，其平均频率值用Sn 表示；0.5 周期/ 心拍处的频率值用S_0.5 表示，T 波交替的功率值记作S_TWA，S_TWA 的计算公式如下：S_TWA=S_0.5-Sn；

当S_TWA<0 时，说明0.5 周期/ 心拍处的频率值小于背景噪声频率值，S_0.5 完全被背景噪声覆盖，则T 波交替幅度值V_TWA=0，判定T 波交替不存在；当S_TWA>0，T 波交替幅度值为

；

判定T 波交替存在。

脑电波感知模块将采集到的模拟脑电波信号进行放大和滤波处理得到0.5Hz-100Hz 范围内的包括α波、β波、θ波和δ波的模拟脑电波信号；将模拟脑电波信号进行模数转换成数字脑电波信号后进行傅里叶变换分别得到α波、β波、θ波和δ波的傅里叶谱，将信号从空间域变换至频率域； 对包括α波、β波、θ波和δ波的数字脑电波信号进行凯泽窗处理, 经幅值分析、时间域分析和频率域分析得到脑电波信号的各项指标参数。

在本发明的其中一些实施例中，在开始 CT 扫描前，根据被扫描物体的性质来设定扫描参数，被扫描物体的性质可以是尺寸大小、密度、组成元素等物理性质，例如，被扫描物体可以金属工件、人体、昆虫、动物、植物、电路板等不同性质的物体。因此对于不同的被扫描物体，需要设定不同的扫描参数，扫描参数包括投影放大比、探测器的数据采集方式、射线源的电压以及功率等，并且所有的扫描参数在后续的数据采集过程中保持不变。例如，如果被扫描物体是老鼠，则设定投影放大比为 1：1，探测器的数据采集方式为连续，射线源的电压为 80kv，功率为 15w；如果被扫描物体是蚂蚁，则设定投影放大比为1：10，探测器的数据采集方式为连续，射线源的电压为 20kv，功率为 10w。

分别采集暗场图像及亮场图像，并通过求和平均得到平均暗场图像和平均亮场图像。成像视场中不放置被扫描物体，不打开光源获取若干幅暗场图像，例如可采集5 ～10幅暗场图像，对暗场图像按照对应像素灰度值叠加求和并取平均得到平均暗场图像。打开光源采集若干幅亮场图像，并对亮场图像按照像素灰度叠加求和并取平均得到平均亮场图像，通过暗场图像及亮场图像有效地降低了重建图像中噪声的影响。

医务人员为患者做头部穿针手术时，打开系统后，通过CT检测模块1为患者穿刺部位进行实时检测，然后在CT显像模块2的帮助下实时进行穿刺手术，通过穿针模块3的穿刺针3-4进行深度定位，提高了手术的准确度和成功率，大大降低了患者的痛苦，整个过程有专门的录像记录模块4全程记录，为其他学者提供学习的机会也为患者保留一份记录材料，该系统结构简单，使用方便，CT显像模块、心电波智能分析模块、情绪感知模块全程监控手术过程中体征，有利于穿刺手术的顺利完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。