[发明专利]一种基于CT影像模拟与定位的超声培训控制系统

说明书

技术领域

本发明属于医学超声培训技术领域，具体一种基于CT影像模拟与定位的超声培训控制系统。

背景技术

当超声在人体内传播时，由于人体各种组织存在声学特性差异，超声波会在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射以及多普勒频移等物理现象。应用超声诊断仪接收这些反射、散射信号，可以显示各种组织及其病变的形态，再结合病理学和临床医学，医师可以对病变部位、性质和功能障碍程度做出准确诊断。

另外，由于超声无辐射、成像速度快，可被广泛应用于临床微创手术的引导过程中。然而，由于超声成像原理复杂以及噪声干扰问题，超声影像所表现的人体生理结构不直观，医生需要丰富的经验和知识才能够对病灶做出准确的判断。而传统的超声医疗人员培训是在有经验的超声医师指导下通过真实手术来完成的，这种训练方法成本高，而且可能会因为培训人员的操作不当引起病人的痛苦或者并发症。因此，超声模拟培训系统作为一种经济有效的培训方式而迅速发展起来。

当前超声模拟培训系统分为两大类，一种是基于超声三维体数据的模拟系统，该系统只有超声探头在已获得的超声三维体数据的范围内进行探测时才能得到准确的模拟效果，一旦探头离开这个范围，模拟图像失真度高。另一种是基于CT体数据的超声模拟系统，该系统是将基于CT体数据构建的随机噪声图像、传播图像、吸收图像和反射图像叠加来获取超声模拟图像，其优点是CT图像更容易获取，并且可以将模拟图像与源图像的信息进行融合，为医师提供更全面的病人病理情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CT影像模拟与定位的超声培训控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于CT影像模拟与定位的超声培训控制系统，包括写字台、计算机、遥控操纵装置、超声模拟系统、GPU并行处理器、超声探测装置、摄像头、人体模型、实验台，所述计算机与遥控操纵装置均设置在写字台上，所述计算机分别与超声模拟系统和GPU并行处理器连接，所述超声模拟系统上设有处理模块，所述处理模块由数据读取模块、曲面匹配模块、超声探头位姿跟踪模块、三维渲染可视模块、CT切片数据读取模块、图像增强模块、图像模拟生成模块和融合显示模块组成，所述数据读取模块分别与曲面匹配模块和三维渲染可视模块连接，所述超声探头位姿跟踪模块与CT切片数据读取模块连接，所述图像增强模块分别与CT切片数据读取模块和图像模拟生成模块连接，所述图像模拟生成模块与融合显示模连接，所述融合显示模与三维渲染可视模块连接，所述超声探测装置由超声探测仪、移动臂、转盘、滑动架和固定架组成，所述超声探测仪与移动臂活动连接，所述移动臂与转盘固定连接，所述转盘与滑动架传动连接，所述滑动架与固定架固定连接，所述摄像头通过支架与固定架固定连接，所述人体模型设置在实验台上，所述实验台设置在超声探测装置的下端。

优选的，所述GPU并行处理器和计算机上均设置有散热装置。

优选的，所述转盘上设有滑轮和驱动电机。

优选的，所述转盘上设有滑轮和驱动电机。

优选的，所述滑动架上设有滑槽，所述滑槽与转盘上的滑轮传动连接。

优选的，所述摄像头上设有红外激光器和光学变焦镜。

本发明的技术效果和优点：该基于CT影像模拟与定位的超声培训控制系统，超声模拟探头位姿跟踪模块用于采用标志点跟踪的方法实时计算超声模拟探头相对于实体模型的位姿，根据位姿矩阵获取任意角度的CT图像切片；图像增强模块与超声图像模拟生成模块用于采用多尺度增强方法，提高CT图像中的血管对比度，并基于CT体数据实现超声图像的模拟；融合显示模块用于基于CUDA的加速完成CT体数据的渲染显示，并根据已获取的位姿矩阵，将超声模拟图像与三维CT图像融合显示；融合显示模块显示CT体数据和超声模拟图像，为医师提供更全面的病人病理信息；基于GPU的并行计算完成超声模拟和体数据三维可视化，提高该系统运行效率；在超声探测装置设置滑动架，有利于超声探测仪的移动；在超声探测装置设置移动臂有利于超声探测仪的旋转和弯曲等动作；摄像头是用于获取超声探头模型末端的标志点信息；人体模型是需要采集该模型的表面点云数据，用于与读入的CT体数据表面进行曲面匹配；计算机是用于超声探头位姿计算、CT体数据和人体模型匹配、超声图像实时模拟、GPU加速；本发明可以实现人体任意角度的超声模拟，实现病患的全面性诊断，模拟图像具有较高的真实度，计算速度快；须实时融合超声模拟图像和三维体数据，以此来进一步提高超声模拟系统在手术导航、虚拟手术等临床医学领域中的地位。

附图说明