一种多模态影像融合手术系统以及导航方法与流程

本发明涉及一种图像处理系统，具体地，涉及一种基于多模态医学图像融合的手术系统以及导航方法。

背景技术：

在外科手术的微创时代，血管造影机、胃肠机等x光手术导航设备成为主要外科手术工具。利用x光设备的透视功能对进入人体的探针、导丝、导管等进行导航，协助医生完成对病灶位置的手术治疗。x光辅助治疗技术优点是实时性好，透视图像清晰反映人体解剖特征；缺点是对医生和病人有辐射伤害，对比度不足以反映病灶细节，如肝癌的伤痕，血管造影机价格及维护成本都较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种集成超声成像系统、电磁追踪系统，使用计算机技术完成对同一病人同一病灶不同模态影像数据的融合，为外科手术提供无辐射、高效率、多视角的导航产品。

本发明的技术方案是：

一种多模态影像融合手术系统，包括：超声成像单元、图像处理单元、电磁追踪单元和医疗显示器；所述的超声成像单元和电磁追踪单元的输出端连接图像处理单元的输入端，所述的图像处理单元的输出端连接医疗显示器。

进一步地，所述的超声成像单元包括医用超声探头、超声影像系统和超声数据接口；所述超声影像系统的输入端连接医用超声探头的输出端，超声影像系统的输出端通过超声数据输出接口连接图像处理单元的输入端。

进一步地，所述的电磁追踪单元包括电磁传感器、信号处理系统和数据接口；所述信号处理系统的输入端连接电磁传感器的输出端，信号处理系统的输出端通过数据接口连接图像处理单元的输入端。

进一步地，所述的图像处理单元还包括一dicom数据接口，用于导入其它图像设备的数据。

一种多模态影像融合手术导航方法，应用多模态影像融合手术系统，包括以下步骤：

步骤一：通过超声成像单元获取动态超声图像；通过电磁追踪单元(电磁设备可采用：ndiaurora医用电磁追踪设备、stmicroelectronics的inemo-m1电磁感应芯片)获取各医疗设备的三维空间坐标和路径，将动态超声图像和各医疗设备的三维空间坐标输出至图像处理单元；

步骤二：将其它图像设备的数据导入图像处理单元，并依据医学数字成像和通信dicom协议进行数据解析，得到其它模态影像数据及其配置参数；

步骤三：图像处理单元将其它模态影像数据与动态超声图像融合，得到融合图像，然后将融合图像与三维容积图像同步，获得同步图像；

步骤四：将同步图像实时输出至医疗显示器。

进一步地，所述的步骤一具体为：医用超声探头发射和接收超声波，获取人体器官活动界面回声，通过超声影像系统对人体器官活动界面回声信号进行图像重建，获得动态超声图像并输出至图像处理单元；电磁传感器附着在目标设备和人体表面，获得目标设备和人体表面在三维空间的实时信号，通过信号处理系统对实时信号处理，获得目标设备和人体表面的空间坐标并输出至图像处理单元。

进一步地，所述的步骤三具体为：

步骤3.1：对各模态影像数据进行数据融合，得到融合图像；

步骤3.2：对步骤二导入的其它模态影像数据进行3d重建，得到手术部位的三维容积图像；

步骤3.3：在步骤一获得的空间坐标的基础上，将融合图像和三维容积图像同步，得到同步图像。

进一步地，所述的步骤3.1具体为：

步骤s1：对各模态影像数据选择相应的平滑系数进行去噪处理；

步骤s2：对去噪后的各模态影像数据选择相应的增强系数进行图像增强处理，在保真的基础上突出兴趣区域和病灶信息；

步骤s3：在步骤一获得的空间坐标的基础上，对增强后的各模态影像数据进行图像配准；

步骤s4：对配准后的各模态影像数据进行频域分析，选择各模态影像数据相应的优势频率进行图像融合。

本发明的有益效果：

本发明的超声成像设备价格便宜和维护容易，结合电磁追踪设备的坐标反馈，通过计算机高速融合系统将上述各种模态数据有机融合，设定针对不同手术流程的融合方法，不仅可以为医生、病人免去x射线辐射之苦，而且可以提供病灶清晰、实时高效的导航影像，再结合2d-3d同步技术，提高了手术路径的可视化体验。

本系统的造价大大低于血管造影机，超声探头可以常年使用，超声成像系统和图像工作站维护简单，升级容易。本发明通过临床测试可以逐步替代现有x光设备，成为外科微创手术的主力导航设备。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种多模态影像融合手术系统，包括：超声成像单元、图像处理单元、电磁追踪单元和医疗显示器；所述的超声成像单元和电磁追踪单元的输出端连接图像处理单元的输入端，所述的图像处理单元的输出端连接医疗显示器。

其中，超声成像单元包括医用超声探头、超声影像系统和超声数据接口；所述超声影像系统的输入端连接医用超声探头的输出端，超声影像系统的输出端通过超声数据输出接口连接图像处理单元的输入端。

电磁追踪单元即电磁设备可采用：ndiaurora医用电磁追踪设备或者stmicroelectronics的inemo-m1电磁感应芯片，均包括电磁传感器、信号处理系统和数据接口；所述信号处理系统的输入端连接电磁传感器的输出端，信号处理系统的输出端通过数据接口连接图像处理单元的输入端。

前述图像处理单元还包括一dicom数据接口，用于导入其它图像设备的数据。

具体实施时：

一种多模态影像融合手术导航方法，包括以下步骤：

步骤一：通过超声成像单元获取动态超声图像；通过电磁追踪单元(电磁设备可采用：ndiaurora医用电磁追踪设备、stmicroelectronics的inemo-m1电磁感应芯片)获取各医疗设备的三维空间坐标和路径，将动态超声图像和各医疗设备的三维空间坐标输出至图像处理单元，其中：

医用超声探头发射和接收超声波，获取人体器官活动界面回声，通过超声影像系统对人体器官活动界面回声信号进行图像重建，获得动态超声图像并输出至图像处理单元；电磁传感器附着在目标设备和人体表面，获得目标设备和人体表面在三维空间的实时信号，通过信号处理系统对实时信号处理，获得目标设备和人体表面的空间坐标并输出至图像处理单元。

步骤二：将其它图像设备的数据导入图像处理单元，并依据医学数字成像和通信dicom协议进行数据解析，得到其它模态影像数据及其配置参数；

步骤三：图像处理单元将其它模态影像数据与动态超声图像融合，得到融合图像，然后将融合图像与三维容积图像同步，获得同步图像，具体为：

步骤3.1：对各模态影像数据进行数据融合，得到融合图像，具体融合方式可以采用下述步骤；

s1：对各模态影像数据选择相应的平滑系数进行去噪处理；

s2：对去噪后的各模态影像数据选择相应的增强系数进行图像增强处理，在保真的基础上突出兴趣区域和病灶信息；

s3：在步骤一获得的空间坐标的基础上，对增强后的各模态影像数据进行图像配准；

s4：对配准后的各模态影像数据进行频域分析，选择各模态影像数据相应的优势频率进行图像融合。

步骤3.2：对步骤二导入的其它模态影像数据进行3d重建，得到手术部位的三维容积图像；

步骤3.3：在步骤一获得的空间坐标的基础上，将融合图像和三维容积图像同步，得到同步图像。

步骤四：将同步图像实时输出至医疗显示器。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。