多模态影像引导穿刺导航系统（科研版）

多模态影像引导穿刺导航系统（科研版）是一款支持CT、超声、CT超声融合三种模式的穿刺导航系统，系统硬件由台车、双目红外光学定位仪、无线超声三部分组成如图1所示。多模态影像引导穿刺导航系统（科研版）功能由单一CT影像引导穿刺导航（适用于胸部肺肿瘤经皮穿刺，适用于放射介入科）、单一超声影像引导穿刺导航（适用于腹部实体肿瘤经皮穿刺以及各种类型的经皮穿刺活检，适用于超声介入科）、CT超声融合引导穿刺导航（适用于腹部实体肿瘤经皮穿刺，适用于放射介入科和超声介入科）三大功能组成。适用于医学院学生、介入医生和规培医生等对影像引导经皮穿刺治疗感兴趣的医疗人员。

图1   多模态影像引导穿刺导航系统台车、双目红外光学定位仪和无线超声

一、影像数据管理

‍多模态影像引导穿刺导航系统（科研版）‍具有影像数据PACS管理功能，与医院PACS系统类似的本地数据库存储的PACS管理系统，为用户提供方便的DICOM影像导入导出、DICOMDIR导入导出、JPEG/BMP格式导出、远程PACS上传下载、本地及远程PACS组合条件查询、自定义视图布局浏览、二维影像交互式操作（放大、缩小、窗宽窗位调节、旋转、镜像、ROI放大、拖动、测量和标记）等功能。

图3   本地和远程PACS组合条件查询

多模态影像引导穿刺导航系统三维影像采用树形层级节点管理，支持多种数据格式（二维影像格式有DICOM格式、NRRD、NII、NII.GZ等，三维模型格式有OBJ、STL、VTK、VTP、PLY等）导入，同样支持上述格式的保存。系统对打开的各种类型数据采用树形层级节点管理，可以对不同类型数据节点进行相应属性（颜色、透明度、纹理插值、面片表现形式等）设置和操作处理（体绘制渲染、面绘制、面片数量消减等）。系统提供场景数据的保存功能，保存文件扩展名为scene，为系统专属格式。

二、影像工具

多模态影像引导穿刺导航系统影像工具由影像测量和影像裁剪组成。主要满足用户对影像的基本操作需求，为三维可视化和手术规划服务。

图4   影像测量和影像裁剪

图6   影像自动配准和人机交互配准

三、三维可视化

多模态影像引导穿刺导航系统三维体绘制渲染是通过对三维体数据进行采样和合成来实现，它涉及到体素，每个体素不仅包含表面的信息，还包括内部的信息，使得体绘制能够显示物体内部丰富的细节，并且保真性较高。系统提供多种体绘制预设效果，具有盒消隐和面消隐功能如图5所示。

     图5   三维体绘制面消隐和盒消隐

多模态影像引导穿刺导航系统三维分割重建提供了多种人交互分割方法和AI分割方法，可以分割呼吸系统、肝胆胰脾肾、肿瘤等脏器及组织如图6所示。

6   呼吸系统、肝胆胰脾肾、肿瘤三维分割重建效果

四、多模态影像引导穿刺导航功能

1、单一CT影像引导穿刺导航所需硬件为双目红外光学定位仪、穿刺针定位标识物和患者体表定位标志物，实现了单一CT影像引导经皮穿刺导航。术前医生可以在CT影像上做多条进针路径规划，术中医生根据临床需要选择某一条路径规划进针，医生在穿刺过程中导航指示显示穿刺针与规划路径的关系如图7所示。系统通过佩戴在患者体表定位标志物为医生提供呼吸运动产生的误差曲线，让医生更好的掌握穿刺时机。

2、单一超声影像引导穿刺导航所需硬件为双目红外光学定位仪、无线超声仪、穿刺针定位标识物，系统通过佩戴在超声探头上的定位标识物，将普通二维超声具有了空间位姿信息，具有通过三维超声影像三维重建管状感兴趣区和球状感兴趣区的功能，医生在穿刺过程中可以看到穿刺针的进针位姿以及穿刺针延长线如图8所示。

图8   单超声影像引导穿刺导航界面

3、CT超声融合引导穿刺导航所需硬件为双目红外光学定位仪、无线超声仪、穿刺针定位标识物和患者体表定位标志物，实现了实时超声影像与CT影像融合引导经皮穿刺导航。医生在穿刺过程中可以看到实时超声影像、同超声切面的CT影像、穿刺针进针位姿以及穿刺针延长线如图9所示。穿刺过程中系统通过佩戴在患者体表定位标志物为医生提供呼吸运动产生的误差曲线，让医生更好的掌握穿刺时机。

图9   CT超声融合引导穿刺导航界面