一種基于ct影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)學超聲培訓技術領域，具體一種基于CT影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]當超聲在人體內(nèi)傳播時，由于人體各種組織存在聲學特性差異，超聲波會在兩種不同組織界面處產(chǎn)生反射、折射、散射以及多普勒頻移等物理現(xiàn)象。應用超聲診斷儀接收這些反射、散射信號，可以顯示各種組織及其病變的形態(tài)，再結合病理學和臨床醫(yī)學，醫(yī)師可以對病變部位、性質(zhì)和功能障礙程度做出準確診斷。
[0003]另外，由于超聲無輻射、成像速度快，可被廣泛應用于臨床微創(chuàng)手術的引導過程中。然而，由于超聲成像原理復雜以及噪聲干擾問題，超聲影像所表現(xiàn)的人體生理結構不直觀，醫(yī)生需要豐富的經(jīng)驗和知識才能夠?qū)Σ≡钭龀鰷蚀_的判斷。而傳統(tǒng)的超聲醫(yī)療人員培訓是在有經(jīng)驗的超聲醫(yī)師指導下通過真實手術來完成的，這種訓練方法成本高，而且可能會因為培訓人員的操作不當引起病人的痛苦或者并發(fā)癥。因此，超聲模擬培訓系統(tǒng)作為一種經(jīng)濟有效的培訓方式而迅速發(fā)展起來。
[0004]當前超聲模擬培訓系統(tǒng)分為兩大類，一種是基于超聲三維體數(shù)據(jù)的模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)只有超聲探頭在已獲得的超聲三維體數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)進行探測時才能得到準確的模擬效果，一旦探頭離開這個范圍，模擬圖像失真度高。另一種是基于CT體數(shù)據(jù)的超聲模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將基于CT體數(shù)據(jù)構建的隨機噪聲圖像、傳播圖像、吸收圖像和反射圖像疊加來獲取超聲模擬圖像，其優(yōu)點是CT圖像更容易獲取，并且可以將模擬圖像與源圖像的信息進行融合，為醫(yī)師提供更全面的病人病理情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于CT影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:一種基于CT影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)，包括寫字臺、計算機、遙控操縱裝置、超聲模擬系統(tǒng)、GPU并行處理器、超聲探測裝置、攝像頭、人體模型、實驗臺，所述計算機與遙控操縱裝置均設置在寫字臺上，所述計算機分別與超聲模擬系統(tǒng)和GPU并行處理器連接，所述超聲模擬系統(tǒng)上設有處理模塊，所述處理模塊由數(shù)據(jù)讀取模塊、曲面匹配模塊、超聲探頭位姿跟蹤模塊、三維渲染可視模塊、CT切片數(shù)據(jù)讀取模塊、圖像增強模塊、圖像模擬生成模塊和融合顯示模塊組成，所述數(shù)據(jù)讀取模塊分別與曲面匹配模塊和三維渲染可視模塊連接，所述超聲探頭位姿跟蹤模塊與CT切片數(shù)據(jù)讀取模塊連接，所述圖像增強模塊分別與CT切片數(shù)據(jù)讀取模塊和圖像模擬生成模塊連接，所述圖像模擬生成模塊與融合顯示模連接，所述融合顯示模與三維渲染可視模塊連接，所述超聲探測裝置由超聲探測儀、移動臂、轉盤、滑動架和固定架組成，所述超聲探測儀與移動臂活動連接，所述移動臂與轉盤固定連接，所述轉盤與滑動架傳動連接，所述滑動架與固定架固定連接，所述攝像頭通過支架與固定架固定連接，所述人體模型設置在實驗臺上，所述實驗臺設置在超聲探測裝置的下端。
[0007]優(yōu)選的，所述GPU并行處理器和計算機上均設置有散熱裝置。
[0008]優(yōu)選的，所述轉盤上設有滑輪和驅(qū)動電機。
[0009]優(yōu)選的，所述轉盤上設有滑輪和驅(qū)動電機。
[0010]優(yōu)選的，所述滑動架上設有滑槽，所述滑槽與轉盤上的滑輪傳動連接。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述攝像頭上設有紅外激光器和光學變焦鏡。
[0012]本發(fā)明的技術效果和優(yōu)點:該基于CT影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)，超聲模擬探頭位姿跟蹤模塊用于采用標志點跟蹤的方法實時計算超聲模擬探頭相對于實體模型的位姿，根據(jù)位姿矩陣獲取任意角度的CT圖像切片；圖像增強模塊與超聲圖像模擬生成模塊用于采用多尺度增強方法，提高CT圖像中的血管對比度，并基于CT體數(shù)據(jù)實現(xiàn)超聲圖像的模擬；融合顯示模塊用于基于CUDA的加速完成CT體數(shù)據(jù)的渲染顯示，并根據(jù)已獲取的位姿矩陣，將超聲模擬圖像與三維CT圖像融合顯示；融合顯示模塊顯示CT體數(shù)據(jù)和超聲模擬圖像，為醫(yī)師提供更全面的病人病理信息；基于GPU的并行計算完成超聲模擬和體數(shù)據(jù)三維可視化，提高該系統(tǒng)運行效率；在超聲探測裝置設置滑動架，有利于超聲探測儀的移動；在超聲探測裝置設置移動臂有利于超聲探測儀的旋轉和彎曲等動作；攝像頭是用于獲取超聲探頭模型末端的標志點信息；人體模型是需要采集該模型的表面點云數(shù)據(jù)，用于與讀入的CT體數(shù)據(jù)表面進行曲面匹配；計算機是用于超聲探頭位姿計算、CT體數(shù)據(jù)和人體模型匹配、超聲圖像實時模擬、GPU加速；本發(fā)明可以實現(xiàn)人體任意角度的超聲模擬，實現(xiàn)病患的全面性診斷，模擬圖像具有較高的真實度，計算速度快；須實時融合超聲模擬圖像和三維體數(shù)據(jù)，以此來進一步提高超聲模擬系統(tǒng)在手術導航、虛擬手術等臨床醫(yī)學領域中的地位。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的處理模塊示意圖。
[0015]圖中:1寫字臺、2計算機、3遙控操縱裝置、4超聲模擬系統(tǒng)、5處理模塊、51數(shù)據(jù)讀取模塊、52曲面匹配模塊、53超聲探頭位姿跟蹤模塊、54三維渲染可視模塊、55 CT切片數(shù)據(jù)讀取模塊、56圖像增強模塊、57圖像模擬生成模塊、58融合顯示模塊、6 GPU并行處理器、7超聲探測裝置、71超聲探測儀、72移動臂、73轉盤、74滑動架、75固定架、8攝像頭、9人體模型、10實驗臺。
【具體實施方式】
[0016]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]本發(fā)明提供了如圖1和圖2所示的一種基于CT影像模擬與定位的超聲培訓控制系統(tǒng)，包括寫字臺1、計算機2、遙控操縱裝置3、超聲模擬系統(tǒng)4、GPU并行處理器6、超聲探測裝置7、攝像頭5、人體模型6、實驗臺10，所述計算機2與遙控操縱裝置3均設置在寫字臺I上，所述計算機2分別與超聲模擬系統(tǒng)4和GPU并行處理器6連接，所述GPU并行處理器6和計算機上2均設置有散熱裝置，所述超聲模擬系統(tǒng)4上設有處理模塊5，所述處理模塊5由數(shù)據(jù)讀取模塊51、曲面匹配模塊52、超聲探頭位姿跟蹤模塊53、三維渲染可視模塊54,CT切片數(shù)據(jù)讀取模塊55、圖像增強模塊56、圖像模擬生成模