專利名稱：一種三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)及其圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種超聲波圖像處理系統(tǒng)和該系統(tǒng)的圖像處
理方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)對乳腺腫瘤有幾種檢查方法:①體檢、②鑰靶X光照片、③超聲波檢查、④紅外線掃描、⑤穿刺、⑥活檢、⑦其他:包括CT、核磁共振。對乳腺腫瘤的診斷以往主要靠X線攝影，X線鑰靶攝片可以發(fā)現(xiàn)隱匿性病灶包括隱匿性乳腺癌，并能進行立體定位穿刺活檢。但中、青年女性乳腺多為致密型，纖維腺瘤與周圍組織反差不大，因此對檢查乳腺良性腫瘤而言，鑰靶攝片并非首選方法。與鑰靶X線檢查相比，超聲不受組織密度影響，特別對致密乳腺伴有腫瘤時，由于聲波界面反射的灰度差別而能清楚顯示腫塊輪廓。超聲對乳腺邊緣、乳暈區(qū)及位置深在靠近胸壁的乳腺腫塊，尤其是小而扁平乳房和乳房切除術(shù)后的患者，不但能清楚顯示腫塊的位置、形態(tài)結(jié)構(gòu)，并可觀察有無胸肌侵犯和有無腋窩、鎖骨上窩等淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移。另外，超聲的可重復(fù)性和無創(chuàng)傷性以及費用低等優(yōu)勢是比較明顯的。對小的乳腺腫瘤臨床上如果不定位，手術(shù)中很難找到腫瘤，所以手術(shù)前定位是必要的。傳統(tǒng)的方法是應(yīng)用美藍定位，但由于美藍易彌散到周圍組織中去，造成定位不夠準確。X線與超聲定位是常用的定位方法，X線定位雖然給外科醫(yī)生提供了病變的位置，便于切除病變，但X線對人體有害，操作比超聲費時費力，許多文獻報道，X線定位手術(shù)切除的標本行X線檢查，仍有約1.5% 10%的病變只有部分切除或沒有切除，失敗的主要原因是定位金屬絲放置的位置不準確。由于X線乳腺定位時患者的體位為站位，手術(shù)時患者為仰臥位，可引起定位針尖與腫瘤的位置關(guān)系發(fā)生變化，致使手術(shù)失敗。Frak推薦的Hookwire定位穿刺針目前被多數(shù)學(xué)者采用，其具有細針穿刺所具備的創(chuàng)傷小、不易造成腫瘤播散等優(yōu)點，導(dǎo)鉤不易異位脫落。近幾年，出現(xiàn)了利用計算機輔助系統(tǒng)進行檢測，并以活組織切片檢查進行驗證的方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，計算機輔助系統(tǒng)總體的乳腺腫瘤檢測成功率為89%。從乳腺腫瘤大小來看，該系統(tǒng)對5毫米大小甚至更小的乳腺腫瘤的檢測成功率高達92%，11毫米至15毫米大小腫瘤的檢測成功率為94%，16毫米至20毫米腫瘤的檢測成功率為80%。負責(zé)這項研究的美國喬治 華盛頓大學(xué)乳腺成像研究中心主任布雷姆說，常用的乳腺檢測手段，最難檢測出較小的腫瘤，計算機輔助系統(tǒng)將是“提高乳腺癌檢測率的一個有效工具”。手術(shù)治療方面，美國的麥默通手術(shù)比較先進，但該技術(shù)只涉及手術(shù)，仍然使用常規(guī)的B超定位方法。方法就是在B超或鑰靶立體定位引導(dǎo)下，通過計算機控制的真空輔助高速旋切設(shè)備，通過一根穿刺針，穿刺到乳房腫物部位，用穿刺針上的旋切刀把乳房腫物完整切除，這樣就可達到極微創(chuàng)的程度

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用超聲波和紅外定位對乳腺進行精確三維定位，用于確診乳腺疾病，也能為乳腺穿刺和手術(shù)進行導(dǎo)航的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)；本發(fā)明還提供了該三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像處理方法，通過超聲波和紅外探頭采集數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)處理能夠精確定位乳腺。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括超聲波探頭，在超聲波探頭上設(shè)置有紅外探頭，所述的紅外探頭安裝3個不共線的紅外小球，還包括紅外定位裝置，用于測定紅外小球的位置來定位紅外探頭，所述的超聲波探頭、紅外探頭和紅外定位裝置與計算機連接。所述的超聲波探頭為B超探頭。所述的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像處理方法，數(shù)據(jù)的構(gòu)建與更新，紅外定位裝置采集超聲波探頭和紅外探頭的二維數(shù)據(jù)進行配準形成三維圖像數(shù)據(jù)，同時將采集的超聲波圖像根據(jù)超聲波探頭位置插入三維，對數(shù)據(jù)進行更新，對于不連續(xù)的數(shù)據(jù)采取各種插值和平滑處理手段，增加圖象清晰度和識別分辨率；彈性配準，對超聲波定義的病灶組織與定義的組織進行基于彈性模型的配準，計算出組織移動或變形導(dǎo)致的偏差；虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)并虛擬顯示乳腺、乳腺腫瘤、穿刺針、手術(shù)路徑等三維場景。有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:(I)使用本發(fā)明的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，對乳腺腫瘤組織進行三維成像，在二維B超探頭上安裝紅外探頭，通過紅外定位裝置，采集數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，構(gòu)成三維B超系統(tǒng)。(2)使用紅外定位跟蹤技術(shù)實現(xiàn)乳腺腫瘤組織的高精度定位跟蹤，乳腺腫瘤為軟體組織，容易發(fā)生移動、變形；使用本發(fā)明的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，可以對乳腺腫瘤組織進行三維、實時成像，得到腫瘤動態(tài)的精確位置坐標。

(3)使用紅外定位跟蹤技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實時跟蹤顯示穿刺針或手術(shù)路徑，實現(xiàn)腫瘤穿刺的自動化和手術(shù)的智能化。(4)本發(fā)明的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)處理圖像的方法利用數(shù)據(jù)的構(gòu)建與更新、彈性配準和虛擬現(xiàn)實圖乳腺進行三維成像，實現(xiàn)了乳腺放入精確定位，確診乳腺疾病，為乳腺的穿刺和手術(shù)實現(xiàn)導(dǎo)航。


圖1為本發(fā)明三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過一個最佳實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。如圖1所示，一種三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括超聲波探頭1，在超聲波探頭I上設(shè)置有紅外探頭2，所述的紅外探頭2安裝3個不共線的紅外小球3，還包括紅外定位裝置4，用于測定紅外小球的位置來定位紅外探頭，所述的超聲波探頭、紅外探頭和紅外定位裝置與計算機5連接，所述的超聲波探頭為B超探頭。所述的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像處理方法，數(shù)據(jù)的構(gòu)建與更新，紅外定位裝置采集超聲波探頭和紅外探頭的二維數(shù)據(jù)進行配準形成三維圖像數(shù)據(jù)，同時將采集的超聲波圖像根據(jù)超聲波探頭位置插入三維，對數(shù)據(jù)進行更新，對于不連續(xù)的數(shù)據(jù)采取各種插值和平滑處理手段，增加圖象清晰度和識別分辨率；彈性配準，對超聲波定義的病灶組織與定義的組織進行基于彈性模型的配準，計算出組織移動或變形導(dǎo)致的偏差；虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)并虛擬顯示乳腺、乳 腺腫瘤、穿刺針、手術(shù)路徑等三維場景。
權(quán)利要求
1.一種三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:包括超聲波探頭，在超聲波探頭上設(shè)置有紅外探頭，所述的紅外探頭安裝3個不共線的紅外小球，還包括紅外定位裝置，用于測定紅外小球的位置來定位紅外探頭，所述的超聲波探頭、紅外探頭和紅外定位裝置與計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的超聲波探頭為B超探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像處理方法，其特征在于，數(shù)據(jù)的構(gòu)建與更新，紅外定位裝置采集超聲波探頭和紅外探頭的二維數(shù)據(jù)進行配準形成三維圖像數(shù)據(jù)，同時將采集的超聲波圖像根據(jù)超聲波探頭位置插入三維，對數(shù)據(jù)進行更新，對于不連續(xù)的數(shù)據(jù)采取各種插值和平滑處理手段，增加圖象清晰度和識別分辨率；彈性配準，對超聲波定義的病灶組織與定義的組織進行基于彈性模型的配準，計算出組織移動或變形導(dǎo)致的偏差； 虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)并虛擬顯示乳腺、乳腺腫瘤、穿刺針、手術(shù)路徑等三維場景。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括超聲波探頭，在超聲波探頭上設(shè)置有紅外探頭，所述的紅外探頭安裝3個不共線的紅外小球，還包括紅外定位裝置，用于測定紅外小球的位置來定位紅外探頭，所述的超聲波探頭、紅外探頭和紅外定位裝置與計算機連接。本發(fā)明還公開了所述的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像處理方法，通過數(shù)據(jù)的構(gòu)建與更新，彈性配準，虛擬現(xiàn)實，實現(xiàn)并虛擬顯示乳腺、乳腺腫瘤、穿刺針、手術(shù)路徑等三維場景。本發(fā)明的三維超聲定位和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，通過超聲波和紅外探頭采集數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)處理，利用超聲波和紅外定位對乳腺進行精確三維定位，用于確診乳腺疾病，也能為乳腺穿刺和手術(shù)進行導(dǎo)航。
文檔編號A61B19/00GK103099678SQ20131006846
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者劉永君, 劉凱, 葛云, 章東, 易際平, 何俠, 翟振宇 申請人:江蘇亞達科技集團有限公司