[发明专利]基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统

权利要求书

1.一种基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：该系统包括：

MRI序列图像渲染单元：接收人体核磁共振序列图像即MRI序列图像，并对所述的MRI序列图像进行三维渲染并绘制穿刺点；

超声序列图像重建单元：接收人体超声序列图像，提取每帧超声序列图像四个顶点的三维坐标，重建超声体数据；

配准单元：使用ICP迭代算法对重建后的超声体数据和渲染后的MRI数据进行三维配准操作，得到配准变换系数，所述的配准变换系数用于将超声数据对应的三维坐标转换到MRI数据对应的三维坐标系下；

穿刺规划单元：接收超声探头获取的人体超声图像，根据系统穿刺点及当前超声图像生成穿刺规划图像，并进行显示；

所述的穿刺规划单元执行以下步骤：

对每个系统穿刺点构建半径为r的球体，对球体表面均匀采样若干个点；接收超声探头获取的人体超声图像，提取该图像四个顶点的三维坐标；对每个穿刺点，遍历穿刺点所构建球体表面采样点与当前探头平面的空间位置关系，获取位于当前超声图像上的穿刺点；将该穿刺点的三维坐标投影到超声图像上，提取该穿刺点在超声图像上对应的进针孔编号，生成穿刺规划图像，即在二维的当前超声图像上绘制当前穿刺点和穿刺引导线及对应的进针孔高亮；根据穿刺引导线及进针孔编号实现精准穿刺；

其中：获取位于当前超声图像上的穿刺点具体包括以下步骤：

获取采样点与超声图像左上顶点构成的空间向量，获取超声图像空间即顶点p0-p3的法向量，计算前述空间向量与法向量夹角的余弦值，将计算的余弦值与设定的阈值进行比较，如果余弦值小于阈值，则认为该穿刺点在当前超声图像上；

其中：将穿刺点的三维坐标投影到超声图像上具体包括以下步骤：

根据配准变换系数将穿刺点MRI数据转换至超声体数据对应的三维坐标下；根据穿刺点超声体数据的三维坐标Pi（x，y，z），将其投影在当前超声图像的矢状面上。

2.根据权利要求1所述的基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：所述MRI序列图像利用大型核磁共振设备获取；所述的MRI序列图像渲染单元根据MRI序列图像的医学数字成像和通信信息DICOM中的病人位置信息进行三维重建渲染获取影像信息，并根据影像信息绘制穿刺点。

3.根据权利要求2所述的基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：所述的穿刺点包括系统穿刺点和/或靶向穿刺点；其中：系统穿刺点为12个，在三维重建渲染获得的影像信息上均匀分布，所述的靶向穿刺点为疑似病灶位置。

4.根据权利要求1所述的基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：所述的人体超声序列图像通过连续转动超声探头手动采集一组超声序列图像，所述超声探头上绑定有电磁传感器，且该电磁传感器连接电磁定位系统，用于获取超声序列图像顶点的三维坐标。

5.根据权利要求1所述的基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：所述超声探头的手柄位置配置有穿刺板，所述穿刺板上设置有若干个进针孔，且所述进针孔均值布置，所述穿刺板的尺寸能够覆盖穿刺器官的大小；且超声显示平面也按照穿刺板上各孔的实际位置、间距进行对应编号。

6.根据权利要求4所述的基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导规划系统，其特征在于：所述的重建超声体数据具体为：

基于每帧超声序列图像四个顶点的三维坐标和像素坐标，采用下述坐标转换公式得到每帧超声序列图像中各像素对应的三维坐标，得到超声数据的三维源点云：

Ｐ(x，y，z) = Ｑ(x，y，z) + uＨ(x，y，z) + vＫ(x，y，z)；

其中：(u，v)为超声序列图像的像素坐标，Ｐ(x，y，z)为转换后的三维坐标，Q为超声图像中左上顶点的三维坐标，H为三维空间的x方向向量，K为三维空间的y方向向量；

对每帧超声图像执行上述转换并得到各帧图像中所有像素点的三维坐标，计算前后两帧图像相同像素位置对应的三维坐标，然后将该三维坐标转换为体像素位置，在前后帧图像相同像素位置点云所在的截面上进行插值，得到重建后的超声体数据。