(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219688.3 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 卡本(深圳)医疗器 械有限公司 地址 518101 广东省深圳市宝安区石岩街 道塘头社区塘头1号路创维创新谷5#B 栋203 (72)发明人 黄雄文　朱荣亮　王杉杉　 伯斯坦·巴勃罗大卫 　吴梦麟　 (74)专利代理 机构 北京思创大成知识产权代理 有限公司 1 1614 专利代理师 高爽 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/30(2017.01) G06T 7/70(2017.01)G06T 15/00(2011.01) A61B 34/20(2016.01) A61B 34/10(2016.01) A61B 17/34(2006.01) (54)发明名称 基于多模态医学图像配准的超声穿刺引导 规划系统 (57)摘要 本发明提供一种基于多模态医学图像配准 的超声穿刺引导规划系统， 包 括： MRI序列图像渲 染单元， 接收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， 接收超声序列 图像， 重建超声体数据； 配准单元， 进行三维配准 操作得到配准变换系数； 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。 本发明的系统通过多模态医学图像配准将超声 下电磁坐标系统一到MRI世界坐标系下， 判断穿 刺点是否在超声平面上来引导超声进行精准穿 刺， 进一步提高了穿刺引导的精度， 辅助医生更 快的对病灶靶点进行穿刺， 有效的减少穿刺用时 及并发症发生 率。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115294124 A 2022.11.04 CN 115294124 A 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。 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： 所述人体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或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。 7.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： 配准单 元执行以下操作： 对于重建后的超声体数据进行三角网格化处理并进行平滑操作， 下采样得到重建后超 声体数据的三维源点云；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115294124 A 2采用KNN树对重建后超声体数据的三维源点云和MRI序列渲染后影像信息的三维目标 点云进行结构配对， 确定三维源点云与三维目标点云的对应点对， 进行ICP迭代完成配准， 得到配准变换系数， 所述的配准变换系数包括配准旋转矩阵R和配准平 移量T。 8.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： 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。 9.根据权利要求8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： 穿刺规划单 元中： 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； 所述的阈值 为0.01‑0.02； 将穿刺点的三维坐标投影到超声图像上 具体包括： 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， 投影步骤 包括： 首先， 计算穿刺点Pi （x， y， z） 与当前超声图像左上顶点p3(x0， y0， z0)的方向向量vec (x‑x0， y‑y0， z‑z0)， i表示 穿刺点的编号； 其次， 计算向量vec在超声平面x方向的投影值， 得到穿刺点在x方向距离超声左上顶点 的物理距离Value： Value=vec ·H， H为超声平面x方向单位向量； 最后， 根据超声像素物理间距pixelSpace计算穿刺点在超声平面的x方向像素坐标X： X = Value/pixelSpace； 同理， 穿刺点在超声平面y方向上投影坐标计算同上。 10.根据权利要求1 ‑9之一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： 该系统还包括穿刺引导单元， 该单元能够实时接 收超声探头获取 的实时人体 超声图像， 执 行穿刺规划单 元进行穿刺规划， 并且实时显示超声图像及穿刺规划图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115294124 A 3