本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像和腫瘤治療，具體涉及一種基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、高壓陡脈沖技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于腫瘤消融治療中，其通過在極短時間內(nèi)產(chǎn)生高壓脈沖，破壞腫瘤細胞，達到治療的效果。在實際手術(shù)過程中，醫(yī)生需要實時了解消融區(qū)域和周圍組織的情況，以確保消融的精準性和安全性。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)影像設(shè)備難以提供實時且直觀的術(shù)中消融進程可視化反饋，增加了手術(shù)操作的難度和風(fēng)險；缺乏術(shù)中消融進程的實時反饋，可能導(dǎo)致消融不完全或損傷周圍健康組織。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高手術(shù)精準性、增強術(shù)中直觀感知、減少術(shù)中風(fēng)險、提升手術(shù)安全性的基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)及其方法。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)，包括術(shù)中影像獲取裝置、計算處理單元、ar投影裝置、顯示設(shè)備和高壓陡脈沖發(fā)生裝置；

4、所述術(shù)中影像獲取裝置包括術(shù)中超聲設(shè)備、術(shù)中ct設(shè)備、術(shù)中mri設(shè)備，術(shù)中影像設(shè)備實時采集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行整合、時間同步、空間校準的處理；

5、所述計算處理單元對術(shù)中影像獲取裝置整合的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理、消融區(qū)域分割、三維重建、多模態(tài)影像融合的處理；其中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括圖像增強和噪聲去除，消融區(qū)域分割通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像分割算法實現(xiàn)，三維重建得到術(shù)中消融區(qū)域及周邊組織的三維重建圖像，多模態(tài)影像融合將術(shù)中超聲設(shè)備、術(shù)中ct設(shè)備、術(shù)中mri設(shè)備中獲得的不同模態(tài)影像數(shù)據(jù)融合后生成綜合影像；

6、所述ar投影裝置將三維重建圖像和綜合影像通過投影進行計算，生成ar投影影像并投射到手術(shù)視野中；

7、所述顯示設(shè)備為ar眼鏡，手術(shù)醫(yī)生通過ar眼鏡實時查看消融區(qū)域和周圍組織的增強現(xiàn)實影像；

8、所述高壓陡脈沖發(fā)生裝置用于產(chǎn)生高壓陡脈沖，手術(shù)醫(yī)生在ar眼鏡的輔助下通過高壓陡脈沖發(fā)生裝置對病患進行手術(shù)操作。

9、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化方法，包括如下步驟：

10、s1）術(shù)中影像獲取

11、獲取并整合術(shù)中超聲設(shè)備（ius）、術(shù)中ct設(shè)備（ict）、術(shù)中mri設(shè)備（imri）的影像數(shù)據(jù)：

12、；其中，i（t）為在時間t時刻獲取的所有影像數(shù)據(jù)集合；

13、并對整合的影像數(shù)據(jù)進行時間同步和空間校準；

14、s2）數(shù)據(jù)預(yù)處理

15、s2-1）圖像增強

16、對采集的原始影像數(shù)據(jù)進行圖像增強處理，提高影像的對比度和清晰度，公式為；其中，為增強后的影像數(shù)據(jù)，為圖像增強函數(shù)；

17、s2-2）噪聲去除

18、消除影像中的噪聲，提升影像質(zhì)量，公式為

19、；其中，為去噪后的影像數(shù)據(jù)，為噪聲去除函數(shù)；

20、s3）消融區(qū)域分割

21、s3-1）數(shù)據(jù)輸入

22、輸入預(yù)處理后的影像數(shù)據(jù)，其中，t為時間變量，表示不同時間點采集的影像數(shù)據(jù)；

23、s3-2）卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

24、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括多個卷積層、池化層和全連接層，具體結(jié)構(gòu)為：

25、卷積層：提取影像的局部特征，公式為

26、；其中，為卷積層輸出，為預(yù)處理后的影像數(shù)據(jù)在位置和時間t的像素值，為卷積核的索引，為卷積核權(quán)重，b為偏置；

27、池化層：降低特征圖維度，減少計算量，公式為

28、；其中，為池化層的輸出，為卷積層輸出在位置像素值，為最大池化操作；

29、全連接層：綜合卷積層和池化層提取的特征，進行分類，公式為

30、；其中，為全連接層的輸出，為池化層的輸出，為全連接層的權(quán)重矩陣，為全連接層的偏置向量，為激活函數(shù)；

31、s3-3）影像分割

32、將預(yù)處理后的影像數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將自動進行特征提取和區(qū)域分割，輸出消融區(qū)域，公式為

33、；其中，為時間t時刻的分割結(jié)果；

34、s3-4）分割結(jié)果后處理

35、對分割結(jié)果進行形態(tài)學(xué)處理和邊緣修正，以提高分割結(jié)果的準確性；

36、s4）三維重建

37、三維重建計算基于體積積分渲染，公式為

38、；其中，為重建后的三維圖像，為重建體積，為體積元素，為時間t時刻分割并邊緣修正后的消融區(qū)域；

39、s5）多模態(tài)影像融合

40、將不同模態(tài)的影像數(shù)據(jù)融合，生成綜合影像，公式為

41、；其中，為綜合影像，為時間t時刻的超聲影像，為時間t時刻的ct影像，為時間t時刻的mri影像，、、為重建體積權(quán)重系數(shù)，滿足；

42、s6）ar投影

43、將三維重建圖像和綜合影像輸入ar投影裝置通過投影進行計算，生成ar投影影像；

44、將生成的ar投影影像投射到手術(shù)視野中，手術(shù)醫(yī)生通過ar眼鏡實時查看消融區(qū)域和周圍組織結(jié)構(gòu)的增強現(xiàn)實影像；

45、s7）腫瘤消融手術(shù)操作

46、手術(shù)醫(yī)生通過ar眼鏡輔助，在使用高壓陡脈沖發(fā)生裝置進行手術(shù)操作的同時實時查看消融區(qū)域和周圍組織結(jié)構(gòu)的增強現(xiàn)實影像；

47、手術(shù)操作過程中，對實時影像產(chǎn)生變化，重復(fù)步驟s1）至s6）獲取更新的實時增強現(xiàn)實影像，直至手術(shù)結(jié)束。

48、進一步地，步驟s1）中，時間同步的公式為：

49、；其中，為超聲影像數(shù)據(jù)的時間戳，為ct影像數(shù)據(jù)的時間戳，為mri影像數(shù)據(jù)的時間戳；

50、空間校準的公式為：

51、；其中，為校準后的影像數(shù)據(jù)，為空間校準函數(shù)，為空間坐標(biāo)。

52、進一步地，步驟s3-4）中，形態(tài)學(xué)處理公式為

53、；其中，為形態(tài)學(xué)處理后的分割結(jié)果，為形態(tài)學(xué)處理函數(shù)，包括腐蝕（erosion）和膨脹（dilation）；

54、邊緣修正公式為

55、；其中，為邊緣修正后的分割結(jié)果，為邊緣檢測和修正函數(shù)。

56、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

57、本發(fā)明基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)，高手術(shù)精準性，增強術(shù)中直觀感知，減少術(shù)中風(fēng)險，提升手術(shù)安全性。

58、（1）高手術(shù)精準性：提供術(shù)中實時的消融區(qū)域可視化反饋，幫助醫(yī)生精準操作，減少誤操作的風(fēng)險。

59、（2）增強術(shù)中直觀感知：通過ar技術(shù)增強醫(yī)生對消融區(qū)域和周圍組織結(jié)構(gòu)的直觀感知，簡化手術(shù)過程，提高操作效率。

60、（3）減少術(shù)中風(fēng)險：提供準確的消融區(qū)域和周圍組織結(jié)構(gòu)的實時信息，幫助醫(yī)生及時調(diào)整消融策略，降低對健康組織的損傷風(fēng)險。

61、（4）提升手術(shù)安全性：通過多模態(tài)影像融合和高效三維重建技術(shù)，確保影像數(shù)據(jù)的準確性和全面性，提升手術(shù)的安全性和效果。

技術(shù)特征：

1.基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)，其特征在于：包括術(shù)中影像獲取裝置、計算處理單元、ar投影裝置、顯示設(shè)備和高壓陡脈沖發(fā)生裝置；

2.基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化方法，其特征在于包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供基于增強現(xiàn)實技術(shù)的高壓陡脈沖腫瘤消融可視化系統(tǒng)及其方法，其系統(tǒng)包括術(shù)中影像獲取裝置、計算處理單元、AR投影裝置、顯示設(shè)備和高壓陡脈沖發(fā)生裝置；其方法包括如下步驟：S1）術(shù)中影像獲取，S2）數(shù)據(jù)預(yù)處理，S3）消融區(qū)域分割，S4）三維重建，S5）多模態(tài)影像融合，S6）AR投影，S7）腫瘤消融手術(shù)操作。本發(fā)明的優(yōu)點為：高手術(shù)精準性，增強術(shù)中直觀感知，減少術(shù)中風(fēng)險，提升手術(shù)安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳永剛,徐建杰,余小恒
受保護的技術(shù)使用者：杭州睿笛生物科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21