[发明专利]一种基于多模式医学融合图像的脊柱脊髓体表穿刺入路点智能定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于多模式医学融合图像和超声图像的多模式融合图像的融合方法，其特征在于包括如下步骤：

1）获取包含位置信息的二维超声图像；

所述的包含位置信息的二维超声图像的获得方法如下：

采用带有磁定位标签的线阵探头对目标区域进行扫描，扫描方法为目标脊柱区域的纵切和横切扫描；其中，纵切是指线阵超声探头长轴与脊柱中线平行扫描；横切是指线阵超声探头长轴与脊柱中线垂直扫描；脊柱中线是指真实人体或模型的脊柱中轴线；

在扫描获得超声图像的同时，随着超声探头在目标脊柱脊髓区域的移动和超声图像生成，同步采集目标脊柱脊髓区域的二维超声图像信息和磁定位标签的空间位置信息；其中磁定位标签的空间位置信息包括6个自由度，即其所在坐标系中x,y,z轴的距离位置信息和旋转角度信息；其中，目标脊柱脊髓区域是指以脊柱脊髓病灶点为中心，包含其上、下2-3个脊柱节段，左、右至两侧横突边缘的区域范围；

带有磁定位标签的线阵探头扫描范围包含目标脊柱节段的全部椎骨信息，对一节椎骨而言，应至少包括棘突和两侧横突结构的超声图像信息；对于一次扫描未能获得全部椎骨信息的区域，通过多次反复扫描，直至获得所需内容；

2）对包含位置信息的二维超声图像进行重建得到三维超声重建图；将三维超声重建图和多模式医学图像融合得到融合图像；

重建得到三维超声重建图的具体方法为：在每一张二维超声图像中选取包含定位所需信息的感兴趣区域，并进行去噪和图像增强处理，提取与感兴趣区域相对应的磁定位空间位置信息，并按照空间位置信息将每一张二维超声图像沿脊柱中线方向排布，基于边缘识别和图像分割的思想方法，提取脊柱脊髓解剖结构信息，重建得到三维超声重建图像；

得到融合图像的具体方法为，通过特征识别方法识别多模式医学图像中脊椎骨棘突、横突、关节突及必要时的肋骨和肋骨头结构，基于特征匹配与融合方法，将其与三维超声重建图中的相应结构一一对应，实现三维超声重建图和多模式医学图像融合匹配，最终得到多模式融合图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的多模式医学图像包括医学CT、磁共振MR、计算机X线摄影CR或者数字化计算机X线摄影DR的三维图像。

3.一种基于权利要求1所述融合方法的脊柱脊髓体表穿刺入路点智能定位系统，其特征在于包括图像采集模块、图像处理模块和运动控制模块；

所述的图像采集模块包括超声图像输入接口和多模式医学图像输入接口；所述超声图像输入接口获取包含位置信息的二维超声图像，获得方法如下：

采用带有磁定位标签的线阵探头对目标区域进行扫描，扫描方法为目标脊柱区域的纵切和横切扫描；其中，纵切是指线阵超声探头长轴与脊柱中线平行扫描；横切是指线阵超声探头长轴与脊柱中线垂直扫描；脊柱中线是指真实人体或模型的脊柱中轴线；

在扫描获得超声图像的同时，随着超声探头在目标脊柱脊髓区域的移动和超声图像生成，同步采集目标脊柱脊髓区域的二维超声图像信息和磁定位标签的空间位置信息；其中磁定位标签的空间位置信息包括6个自由度，即其所在坐标系中x,y,z轴的距离位置信息和旋转角度信息；其中，目标脊柱脊髓区域是指以脊柱脊髓病灶点为中心，包含其上、下2-3个脊柱节段，左、右至两侧横突边缘的区域范围；

带有磁定位标签的线阵探头扫描范围包含目标脊柱节段的全部椎骨信息，对一节椎骨而言，应至少包括棘突和两侧横突结构的超声图像信息；对于一次扫描未能获得全部椎骨信息的区域，通过多次反复扫描，直至获得所需内容；

所述的图像处理模块接收来自所述超声图像输入接口的二维超声图像和二维超声图像对应的空间位置信息，得到三维超声重建图；所述的图像处理模块获取来自多模式医学图像输入接口输入的多模式医学图像；并将三维超声重建图和多模式医学图像融合得到融合图像；

重建得到三维超声重建图的具体方法为：在每一张二维超声图像中选取包含定位所需信息的感兴趣区域，并进行去噪和图像增强处理，提取与感兴趣区域相对应的磁定位空间位置信息，并按照空间位置信息将每一张二维超声图像沿脊柱中线方向排布，基于边缘识别和图像分割的思想方法，提取脊柱脊髓解剖结构信息，重建得到三维超声重建图像；

得到融合图像的具体方法为，通过特征识别方法识别多模式医学图像中脊椎骨棘突、横突、关节突及必要时的肋骨和肋骨头结构，基于特征匹配与融合方法，将其与三维超声重建图中的相应结构一一对应，实现三维超声重建图和多模式医学图像融合匹配，最终得到多模式融合图像；

所述的运动控制模块包括脊柱脊髓体表穿刺入路点确定模块；所述入路点确定模块根据融合图像确定穿刺入路点；

所述的图像采集模块还包括超声设备，所述的超声设备与超声图像输入接口相连；所述的超声设备包括超声扫描仪和超声探头，所述的超声探头为带有磁定位标签的线阵探头；所述的多模式医学图像为非超声方式获得的脊柱医学图像；

所述的运动控制模块还包括导航模块和机械臂；所述的导航模块引导所述的机械臂运动至穿刺入路点，并引导所述的机械臂完成从穿刺入路点到目标病害位置的运动。