[发明专利]虚拟手术图像处理系统及其处理方法

说明书

技术领域

本发明是一种虚拟手术图像处理系统及其处理方法，属于虚拟手术图像处理系统及其处理方法的创新技术。

背景技术

虚拟手术在医学领域中正发展成为一个新的研究方向。虚拟手术利用各种医学影像数据，采用虚拟现实技术，在计算机中建立一个虚拟3D环境，建立可交互操作的平台，通过虚拟手术器械，仿真模拟手术过程。与传统手术规划相比，虚拟手术具有交互性、无损伤性、可重复性和可定制性等优点。目前，国外已经有许多研究机构对虚拟现实尤其是在虚拟医学手术仿真方面进行了大量的研究和实践。法国INRIA研究项目组在2000年开发出一个肝脏切割模拟器，并在此基础上进行一系列的发展。西班牙Meier等在2001年研制开发了带有力反馈功能的三维微创手术培训系统。美国斯坦福大学计算机科学学院在2003年研究开发了软组织缝合的实时仿真系统。我国近年的研究大多集中在对医学图像的三维重建及其可视化等方面，而对于带有力反馈的虚拟手术系统，特别是肝脏及其脏器等软组织的手术仿真研究的投入比较少。

现有虚拟手术的图像处理系统主要负责医学图像及相关信息的存储，而且存储的图像多为单幅图像。虚拟仿真手术是建立在大量医学图像的基础上的一种计算机虚拟仿真医疗方式。它的原始数据来源于医院各种数字扫描仪器，并且将产生大量的医学数字图像，要求计算机能够存储和处理这些数据量庞大的系列医学图像，大容量的序列图像的存储和处理将是整个系统能否实现的关键。图像的传输速度和存储能力都依赖于对图像数据的压缩，因为图像数据的压缩可以显著减少存储容量，提高网络传输速度。

DICOM图像是指将数字医疗设备的原始图像按DICOM标准组织后得到的文件。DICOM格式的CT图像就是指将CT原始图像按DICOM标准组织后得到的文件，简称CT图像。DICOM图像包含一个DICOM文件头和至少一个图像数据的集合。包含一个DICOM文件头和多个图像数据集合的DICOM文件称为复合帧DICOM图像。包含一个DICOM文件头和一个图像数据集合的DICOM文件称为单一帧DICOM图像。一幅单一帧DICOM图像包括一个DICOM文件头和一幅图像的数据两个部分，其中DICOM文件头包含病人的有关信息、检查的相关信息、文件大小等数据。DICOM文件头的大小与其包含的信息直接相关。图像数据部分存储数字医疗设备的原始图像数据，大小因不同设备而异。如无特别说明，我们所说的DICOM图像都是指单一帧DICOM图像，CT图像都是指单一帧DICOM格式的CT图像。

现有虚拟手术的图像处理系统大多采用PACS的处理系统，PACS是Picture Archive and Communication system的简称，就是影像存档与通讯系统。一个典型的PACS包含3个主要部分：图像采集、图像存储与管理、图像显示与处理，如图1所示。PACS是旨在全面解决医学影像的获取、传输、存储、显示和管理的医院信息系统。它随着数字成像技术、计算机技术及网络技术的进步而迅速发展起来的。它以计算机设备为基础，以高速网络连接各种成像设备及相关信息，具有图像质量好，存储、传输不失真，传输便捷，图像及信息资料可共享等众多优点，是对医学影像进行科学管理的最佳方案。但传统PACS的处理系统都是基于文件系统，某个病人的某次检查的所有DICOM图像都是以文件形式存放在文件服务器上为该次检查建立的某一个文件夹下面，而CT图像的有关信息包括CT图像的物理存储路径以记录的形式存储在数据库服务器中，这些记录起着索引的作用。客户端查询某个病人的CT图像时，首先从数据库服务器上查询相关CT图像的物理存储的绝对路径，然后登录文件服务器，从相关路径下取回CT图像。这样会导致以下一些问题：

1)不能满足虚拟手术的需求。PACS的主要目的是数据的共享，它实现了医学图像在医院的不同部门之间的传输，给医生的诊断带来了方便。但是虚拟手术是一个独立的研究部门，不属于医院，PACS无法实现与研究部门之间的数据共享，并且PACS中记录的信息是病人的基本信息，没有包括病人器官的诊断结果，无法为虚拟手术提供参考信息。

2)查询一幅特定DICOM图像的信息比较困难。一般情况下，病灶都是分布在一张或少数几张CT图像上。如果医生需要查看某个病灶，传统的PACS需要从文件服务器上获取该病人该次检查的所有CT图像并全部显示出来，不但造成了不必要的网络负担，降低了网络传输效率，也不便于医生快速准确地找到病灶。