CN108577940A - 一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其包括：利用能识别目标器官解剖结构的结构图像作为第一信息；利用能显示目标器官功能代谢信息的功能图像作为第二信息，并根据功能图像识别待穿刺目标位置；利用能实时显示目标器官进而引导穿刺器械到达待穿刺目标位置的引导图像作为第三信息；利用空间定位系统实时获取的引导图像的空间定位信息作为第四信息；以及通过融合第一信息、第二信息、第三信息和第四信息来规划穿刺器械的穿刺路径，并实时引导穿刺器械沿穿刺路径行进。本发明还公开了一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统。本发明可实现基于多模态医学图像信息融合的靶向穿刺精准引导，并充分利用三维视图，显著提高了穿刺精度和操作便利性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域。更具体地说，本发明涉及一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统及方法。
背景技术
恶性肿瘤是严重危害人类健康的一类疾病。随着医学技术的进步和人们健康意识的提高，恶性肿瘤的早期发现和早期治疗已得到医生和患者的广泛共识和初步的临床应用。介入医学就是在这种背景下的发展起来的一类技术，它是医学影像学的延伸，可在医学影像的引导下进行诊断和治疗，具有创伤小、针对性强和快速高效等特点。
然而，目前介入诊疗大多使用传统成像技术进行引导(如传统CT和超声成像)，由于这些传统成像技术的固有缺陷，目标病灶成像模糊不清甚至不可见，医生无法精确定位病灶，给精确的介入诊疗带来极大的困难。另一方面，近年来多种高级成像技术的出现已经使医生能够对肿瘤进行更精确的定位、诊断、跟踪和评估，但这些成像技术往往不适合作为引导手段。因此，只有将多种医学影像信息进行有效融合，才能完成更精准更有效的介入诊疗。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其通过目标器官的结构图像、功能图像以及介入引导图像等不同模态医学图像间的配准与融合，实现了多模图像的融合引导下的靶向穿刺引导，配准误差小，融合精度高，显著提高了穿刺的准确性，并且操作简单，穿刺效率明显提高。
本发明还有一个目的是提供一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统，其利用空间定位系统实时跟踪超声探头，对每帧超声引导图像进行精准空间定位，为参考图像坐标系、引导图像坐标系以及空间定位系统坐标系之间的转换提供基础位置信息，从而实现多模图像融合下的穿刺引导。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其包括：
利用能识别目标器官解剖结构的结构图像作为第一信息；
利用能显示所述目标器官功能代谢信息的功能图像作为第二信息，并根据所述功能图像识别待穿刺目标位置；
利用能实时显示所述目标器官进而引导穿刺器械到达所述待穿刺目标位置的引导图像作为第三信息；
利用空间定位系统实时获取的所述引导图像的空间定位信息作为第四信息；以及
通过融合所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息来规划所述穿刺器械的穿刺路径，并实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
优选的是，其中，
所述结构图像选自磁共振结构图像、CT图像(计算机断层成像)和三维超声图像中的一种或几种；
所述功能图像选自磁共振功能图像、超声功能图像和PET成像(正电子发射计算机断层显像)中的一种或几种；
所述引导图像为超声图像；
所述空间定位信息选自光学定位信息、电磁定位信息和机械定位信息中的一种或几种。
优选的是，其中，所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息的融合步骤为：
配准所述结构图像和所述功能图像得到三维参照图像，并利用所述三维参照图像规划所述穿刺器械的穿刺路径；
配准所述引导图像和所述三维参照图像，并基于所述第四信息，融合所述引导图像和所述三维参照图像，从而实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
优选的是，其中，所述结构图像和所述功能图像的配准步骤包括：
在所述结构图像和所述功能图像上分别选取3对及以上的解剖标志点，并基于选取的解剖标志点集对所述结构图像和所述功能图像进行初始刚性配准，获得功能图像坐标系到结构图像坐标系的初始变换矩阵；
通过所述初始变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的二次刚性配准，得到第二变换矩阵；
通过所述第二变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的弹性配准，从而将所述将功能图像的坐标系变换到所述结构图像的坐标系下。
优选的是，其中，所述引导图像和所述三维参照图像的融合步骤包括：
选取所述三维参照图像的任一参照层面为基准，选取与所述参照层面显示的解剖结构一致的引导图像，将所述引导图像与所述参照层面进行二维配准；
在所述引导图像上随机选择若干个配准点，并以所述配准点为基准将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准；
利用所述引导图像的空间定位信息，并基于所述引导图像与所述三维参照图像的三维配准，实现所述引导图像与所述三维参照图像的融合。
优选的是，其中，所述引导图像与所述三维参照图像的融合通过如下公式实现：
(xm,ym,zm,1)T＝TM-WTW-STS-U(xu,yu,0,1)T
其中，(xu,yu,0,1)T为所述引导图像坐标系在三维空间的坐标；
TS-U为所述引导图像的坐标系到所述空间定位系统的定位接收器坐标系的变换矩阵；
TW-S为所述空间定位系统的定位接收器的坐标系到定位发射器的坐标系的变换矩阵；
TM-W为所述空间定位系统的定位发射器坐标系到所述三维参照图像的坐标系的变换矩阵；
(xm,ym,zm,1)T为所述三维参照图像的坐标系的坐标。
优选的是，其中，所述引导图像与所述参照层面的二维配准过程为：
分别将所述引导图像与所述参照层面进行分割处理，得到所述引导图像的目标区域F和所述参照层面的目标区域R；
基于归一化互信息测度求解F到R的变换矩阵TR-F，通过所述变换矩阵TR-F和Powell算法对所述引导图像与所述参照层面进行二维配准；
其中，所述归一化互信息测度的公式为：
MI(xF,xR)＝(H(xF)+H(xR))/H(xF,xR)
其中，xF代表分割后的所述引导图像的坐标系的坐标，xR代表分割后的所述参照层面的坐标系的坐标；H为信息熵，x为随机变量。
优选的是，其中，所述三维配准的步骤为：
在所述引导图像上随机选择不少于10个配准点得到点集{ui}，在与所述引导图像二维配准的所述参照层面选择与所述点集{ui}相对应的点集{mi}；
将所述点集{ui}变换到所述定位发射器的坐标系下，得到点集{wi}；
计算所述点集{wi}的质心和所述点集{mi}的质心
将所述点集{wi}减去质心得到点集{wci}，将所述点集{mi}减去质心得到点集{mcj}；
求取相关矩阵并对所述相关矩阵进行奇异值分解H＝UΛVT；
则，TM-W的旋转矩阵
TM-W的平移矩阵
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准。
优选的是，其中，还包括穿刺器械的模拟穿刺步骤，在所述三维参照图像中设置目标穿刺点，计算穿刺机械的穿刺深度。
本发明的目的还可以进一步由基于多模态医学影像信息的靶向穿刺引导系统来实现，其包括：
成像系统，其用于获取目标器官的结构图像和功能图像
扫描系统，其实时获取所述结构图像的引导图像；
空间定位系统，其被配置为跟踪用于接近待穿刺目标位置的所述扫描系统的探头；
计算机，其与所述成像系统、所述扫描系统和所述空间定位系统通信；
操作台系统，用于承载所述计算机和所述空间定位系统；
其中，所述计算机还被配置为配准所述成像系统拍摄的至少两幅图像，得到三维参照图像，所述计算机还被配置为依次对所述引导图像和所述三维参照图像进行二维和三维配准后，再基于所述空间定位系统的追踪信息，融合所述引导图像与所述三维参照图像，并利用融合后的所述引导图像和所述三维参照图像规划并引导穿刺机械的移动，所述计算机还被配置为显示所述穿刺机械的规划路径。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明其通过目标器官的结构图像、功能图像以及介入引导图像等不同模态医学图像间的配准与融合，实现了多模图像的融合引导下的靶向穿刺引导，显著提高了穿刺的准确性和穿刺效率；
(2)本发明在现有靶向穿刺系统中引入空间定位系统，与现有超声设备无缝衔接，不改变原有的超声引导使用方式，融合配准过程无需繁琐的人为干预，且探头夹具多穿刺通道的设计，便于根据待穿刺区域的位置选择穿刺通道，提高了操作的灵活性和易操作性；
(3)本发明在多模态穿刺引导下可直观显示穿刺针的行进情况，并充分利用三维视图，便于医生从多视觉多方位观察病变区域，可帮助穿刺医生更好地理解介入引导图像平面与待穿刺部位的空间位置关系。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一实例中多模态医学图像信息之间配准与融合的流程示意图；
图2为本发明的另一实例中基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法的流程示意图；
图3为本发明另一实例中基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导的应用示意图；
图4为本发明另一实例中基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统的结构示意图；
图5为本发明另一实例中探头夹具将定位接收器和穿刺机械导向件固定于超声探头的结构示意图。
图中：1-探头夹具；2-探头夹具；3-定位接收器；4-穿刺机械导向件；11-夹持子部件；41-穿刺通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1示出了根据本发明的一种实现形式，其包括如下步骤：
利用能识别目标器官解剖结构的结构图像作为第一信息；
利用能显示所述目标器官功能代谢信息的功能图像作为第二信息，并根据所述功能图像识别待穿刺目标位置；
利用能实时显示所述目标器官进而引导穿刺器械到达所述待穿刺目标位置的引导图像作为第三信息；
利用空间定位系统实时获取的所述引导图像的空间定位信息作为第四信息；以及
通过融合所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息来规划所述穿刺器械的穿刺路径，并实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
在这种技术方案中，医学结构图像可以很好的展示肿瘤的形态结构和组织解剖特性，所以肿瘤的定位主要依靠结构图像，但结构图像不能反映目标组织的功能和代谢情况，不同模态图像的融合往往可以提供相互补充的信息。在对目标器官靶向穿刺操作时，预先获取目标器官的结构图像和功能图像配准得到三维参照图像，并在空间定位系统建立的三维空间内，融合三维参照图像和引导图像，可实现对目标器官病灶部位穿刺过程的实时引导。
在另一种实例中，所述结构图像选自磁共振结构图像(T1、T2)、CT图像和三维超声图像中的一种或几种；
所述功能图像选自磁共振功能图像(DWI、DCE、SWI)、超声功能图像和PET成像中的一种或几种；
所述引导图像为超声图像；
所述空间定位信息选自光学定位信息、电磁定位信息和机械定位信息中的一种或几种。
并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。
在另一种实例中，所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息的融合步骤为：
配准所述结构图像和所述功能图像得到三维参照图像，并利用所述三维参照图像规划所述穿刺器械的穿刺路径；
配准所述引导图像和所述三维参照图像，并基于所述第四信息，融合所述引导图像和所述三维参照图像，从而实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
在另一种实例中，所述结构图像和所述功能图像的配准步骤包括：
在所述结构图像和所述功能图像上分别选取3对及以上的解剖标志点，并基于选取的解剖标志点集对所述结构图像和所述功能图像进行初始刚性配准，获得功能图像坐标系到结构图像坐标系的初始变换矩阵；
通过所述初始变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的二次刚性配准，得到更为精确的第二变换矩阵；
通过所述第二变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的弹性配准，从而将所述将功能图像的坐标系变换到所述结构图像的坐标系下。
并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求的实施结构图像和功能图像不同的配准方式。
在另一种实例中，所述引导图像和所述三维参照图像的融合实现的一种形式为：
选取所述三维参照图像的任一参照层面为基准，选取与所述参照层面显示的解剖结构一致的引导图像，将所述引导图像与所述参照层面进行二维配准；
在所述引导图像上随机选择若干个配准点，并以所述配准点为基准将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准；
利用所述引导图像的空间定位信息，并基于所述引导图像与所述三维参照图像的三维配准，实现所述引导图像与所述三维参照图像的融合。
并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求的实施引导图像与所述参照层面不同的融合方式。
上述实例中，所述引导图像与所述三维参照图像的融合通过如下公式实现：
(xm,ym,zm,1)T＝TM-WTW-STS-U(xu,yu,0,1)T (1)
其中，(xu,yu,0,1)T为所述引导图像坐标系在三维空间的坐标；
TS-U为所述引导图像的坐标系到所述空间定位系统的定位接收器坐标系的变换矩阵；
TW-S为所述空间定位系统的定位接收器的坐标系到定位发射器的坐标系的变换矩阵；
TM-W为所述空间定位系统的定位发射器坐标系到所述三维参照图像的坐标系的变换矩阵；
(xm,ym,zm,1)T为所述三维参照图像的坐标系的坐标。
具体地，所述引导图像与所述三维参照图像的融合过程为：选择某一层面三维参照图像，并将其与引导图像实现二维配准，得到二维变换矩阵；然后在引导图像中随机选取若干个配准点，将所选的点在引导图像坐标系下的坐标(xu,yu)T通过二维变换矩阵变换到所选的三维参照图像坐标系(xm,ym)T下；将上述所选的引导图像坐标系下的点(xu,yu)T和所得到的三维参照图像坐标系下的点(xm,ym)T分别转换到三维空间(xu,yu,0,1)T和(xm,ym,zm,1)T，利用空间定位系统对所述引导图像的定位追踪信息得到引导图像的坐标系到空间定位系统的坐标系的变换矩阵TS-U，通过空间定位系统的显示读数得到空间定位系统的定位接收器的坐标系到定位发射器的坐标系的变换矩阵TW-S，然后再根据上述公式(1)可以得到空间定位系统的定位发射器坐标系到三维参照图像的坐标系的变换矩阵TM-W，即得到空间定位系统与三维参照图像的三维空间的转换关系。
具体地，通过融合后的所述引导图像和所述三维参照图像实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进的一种实现方式为：根据引导图像的坐标、空间定位系统对所述浮动图像的追踪信息TS-U，以及空间定位系统的空间位置和方位信息TW-S，可计算得到引导图像平面在空间定位系统坐标系空间中的位置，进而通过变换矩阵TM-W，可计算得到该引导图像平面在三维参照图像三维空间中的位置，并根据此位置信息对三维参照图像空间进行实时重切面并显示，并将该重切面显示在三维视图中；然后通过移动探测探头，在三维视图中观察重切面与待穿刺可疑病灶的位置关系，待重切面与可疑病灶相切时，将可疑病灶与重切面相切区域显示在超声图像相对应位置；固定探测探头，通过探头夹具行进穿刺针，待穿刺针到达所显示的可疑病灶区域时，进行活检取样。
上述实例中，所述引导图像与所述参照层面的二维配准一种实现方式为：
分别将所述引导图像与所述参照层面进行分割处理，得到所述引导图像的目标区域F和所述参照层面的目标区域R，以缩短配准时间，提高配准质量；
基于归一化互信息测度求解F到R的变换矩阵TR-F，通过所述变换矩阵TR-F和Powell算法对所述引导图像与所述参照层面进行二维配准，其中采用Powell算法进行配准中的优化问题求解；
其中，所述归一化互信息测度的公式为：
MI(xF,xR)＝(H(xF)+H(xR))/H(xF,xR)
其中，xF代表分割后的所述引导图像的坐标系的坐标，xR代表分割后的所述参照层面的坐标系的坐标；H为信息熵，x为随机变量。
在多模态医学图像配准中，虽然待配准图像来源于不同的成像设备，但它们来源于相同的人体目标结构，当待配准图像空间位置完全一致时，图像之间相互表达的信息最大。在多模态医学图像的配准中，采用互信息配准测度配准，配准速度快，配准精度高，能达到亚像素的精度。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者的需求实施所述引导图像与所述参照层面不同的二维配准方式。
上述实例中，所述三维配准一种实现方式为：
在所述引导图像上随机选择不少于10个配准点得到点集{ui}，在与所述引导图像二维配准的所述参照层面选择与所述点集{ui}相对应的点集{mi}；
将所述点集{ui}变换到所述定位发射器的坐标系下，得到点集{wi}；
计算所述点集{wi}的质心和所述点集{mi}的质心
将所述点集{wi}减去质心得到点集{wci}，将所述点集{mi}减去质心得到点集{mcj}；
求取相关矩阵并对所述相关矩阵进行奇异值分解H＝UΛVT；
则，TM-W的旋转矩阵
TM-W的平移矩阵
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准。
并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者的需求实施所述引导图像与所述参照层面不同的三维配准方式。
在另一种实例中，还包括穿刺器械的模拟穿刺步骤，在所述三维参照图像中设置目标穿刺点，计算穿刺机械的穿刺深度，模拟最佳的穿刺路径，为后续穿刺引导操作提供参照数据。
在另一实例中，参照图2和图3，作为基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法的一种形式，其包括如下步骤：
(1)进行术前规划：预先获取目标器官的结构图像和功能图像，并配准得到三维参照图像，并将得到的三维参照图像导入导航软件，选取一个三维参照模态分割得到目标组织器官的区域；参照图3(a)选取一个或多个三维参照模态标记可疑病灶；建立目标组织器官和待穿刺区域的三维视图。
(2)进行术前配准：选择某一层面三维参照图像；将引导图像采集设备的探头切换至与所选的三维参照图像方位相同的模式，移动所述探头使超声图像所展示的目标器官组织结构与所选的三维参照图像处于同一平面，记录此时的引导图像；对所选三维参照图像和引导图像进行配准，得到二维变换矩阵；在所选引导图像平面上随机选取若干个配准点，将所选的点在引导图像坐标系下的坐标通过二维变换矩阵变换到所选的三维参照图像坐标系下；将上述所选的引导图像坐标系下的点和所得到的三维参照图像坐标系下的点转换到三维空间；求解三维参照图像三维空间和空间定位系统空间的变换关系。
(3)进行穿刺过程的术中导航：在将引导设备的探头转换至可使穿刺针显示在引导图像中的模式；根据空间定位系统的空间位置和方位信息，计算引导图像平面在空间定位仪坐标系空间中的位置，进而计算得到该平面在参照图像三维空间中的位置；参照图3(b)对三维参照图像空间进行实时重切面并显示，参照图3(c)，并将该重切面显示在三维视图中；移动引导探头，在三维视图中观察重切面与待穿刺可疑病灶的位置关系，待重切面与可疑病灶向切时，将可疑病灶与重切面相切区域显示在超声图像相对应位置；固定超声探头，通过探头夹具行进穿刺针，参照图3(d)，待穿刺针到达所显示的可疑病灶区域时，进行活检取样；在引导图像上，点击已进行活检的位置坐标，记录活检针道，并显示在三维视图中，以供穿刺教学和下一次穿刺使用。
在另一实例中，作为基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统的一种实现形式，其包括：
成像系统，其用于获取目标器官的结构图像和功能图像
扫描系统，其实时获取所述结构图像的引导图像；
空间定位系统，其被配置为跟踪用于接近待穿刺目标位置的所述扫描系统的探头；
计算机，其与所述成像系统、所述扫描系统和所述空间定位系统通信，并且，其包括多种实现形式，例如，计算机可利用图像采集卡以无线或有线的形式实现与扫描系统的通讯，图像采集卡用于获取进行实时引导的扫描系统的图像，并传输至计算机进行存储或处理；计算机可通过USB接口、RS232串口或无线的方式与空间定位系统实现通讯，但不限于此；
操作台系统，用于承载所述计算机和所述空间定位系统，便于一体化穿刺引导操作；
其中，所述计算机还被配置为配准所述成像系统拍摄的至少两幅图像，得到三维参照图像，所述计算机还被配置为依次对所述引导图像和所述三维参照图像进行二维和三维配准后，再基于所述空间定位系统的追踪信息，融合所述引导图像与所述三维参照图像，并利用融合后的所述引导图像和所述三维参照图像规划并引导穿刺机械的移动，所述计算机还被配置为显示所述穿刺机械的规划路径。
上述实例中，
所述成像系统选自磁共振成像系统、CT成像系统、三维超声成像系统和PET成像系统中的一种或几种；
所述扫描系统为二维超声成像系统，其具有超声探头；
所述空间定位系统为光学定位系统、电磁定位系统和机械定位系统中的任意一种。
参照图4～5，基于多模态医学影像信息的靶向穿刺引导系统的一种具体实现方式为：
空间定位系统包括定位发射器和定位接收器，定位接收器通过探头夹具固定于超声探头；
所述探头夹具还设置有多个穿刺通道，用于引导穿刺机械的行进；
并且，探头夹具包括多种实现形式，例如，参照图5，探头夹具1，其以可拆卸的方式夹持于超声探头2，探头夹具的一侧固接所述定位接收器3，探头夹具的另一侧设有夹持子部件11，穿刺机械导向件4以可滑动的形式连接于所述夹持子部件，所述穿刺机械导向件上开设有供穿刺机械行进的多个穿刺通道41。
并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施不同的态样。
这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统及方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，其通过医学的结构图像、功能图像以及介入引导图像等不同模态图像间配准与融合，并通过在现有靶向穿刺系统中引入高精度空间定位仪，建立超声引导图像、三维参照图、空间定位系统、以及穿刺器械等坐标系之间的转换关系，可实现多模态医学图像信息对靶向穿刺的精准引导，并充分利用三维视图，可帮助穿刺医生更好地理解超声图像平面与待穿刺部位的空间位置关系，显著提高了穿刺精度，提高了恶性肿瘤的检出率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，包括：
利用能识别目标器官解剖结构的结构图像作为第一信息；
利用能显示所述目标器官功能代谢信息的功能图像作为第二信息，并根据所述功能图像识别待穿刺目标位置；
利用能实时显示所述目标器官进而引导穿刺器械到达所述待穿刺目标位置的引导图像作为第三信息；
利用空间定位系统实时获取的所述引导图像的空间定位信息作为第四信息；以及
通过融合所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息来规划所述穿刺器械的穿刺路径，并实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
2.如权利要求1所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，
所述结构图像选自磁共振结构图像、CT图像和三维超声图像中的一种或几种；
所述功能图像选自磁共振功能图像、超声功能图像和PET成像中的一种或几种；
所述引导图像为超声图像；
所述空间定位信息选自光学定位信息、电磁定位信息和机械定位信息中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述第一信息、所述第二信息、所述第三信息和所述第四信息的融合步骤为：
配准所述结构图像和所述功能图像得到三维参照图像，并利用所述三维参照图像规划所述穿刺器械的穿刺路径；
配准所述引导图像和所述三维参照图像，并基于所述第四信息，融合所述引导图像和所述三维参照图像，从而实时引导所述穿刺器械沿所述穿刺路径行进。
4.如权利要求3所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述结构图像和所述功能图像的配准步骤包括：
在所述结构图像和所述功能图像上分别选取3对及以上的解剖标志点，并基于选取的解剖标志点集对所述结构图像和所述功能图像进行初始刚性配准，获得功能图像坐标系到结构图像坐标系的初始变换矩阵；
通过所述初始变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的二次刚性配准，得到第二变换矩阵；
通过所述第二变换矩阵对所述结构图像和所述功能图像进行基于图像像素互信息测度的弹性配准，从而将所述将功能图像的坐标系变换到所述结构图像的坐标系下。
5.如权利要求1所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述引导图像和所述三维参照图像的融合步骤包括：
以所述三维参照图像的任一参照层面为基准，选取与所述参照层面显示的解剖结构一致的引导图像，将所述引导图像与所述参照层面进行二维配准；
在所述引导图像上随机选择若干个配准点，并以所述配准点为基准将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准；
利用所述引导图像的空间定位信息，并基于所述引导图像与所述三维参照图像的三维配准，实现所述引导图像与所述三维参照图像的融合。
6.如权利要求5所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述引导图像与所述三维参照图像的融合通过如下公式实现：
(xm,ym,zm,1)T＝TM-WTW-STS-U(xu,yu,0,1)T
其中，(xu,yu,0,1)T为所述引导图像坐标系在三维空间的坐标；
TS-U为所述引导图像的坐标系到所述空间定位系统的定位接收器坐标系的变换矩阵；
TW-S为所述空间定位系统的定位接收器的坐标系到定位发射器的坐标系的变换矩阵；
TM-W为所述空间定位系统的定位发射器坐标系到所述三维参照图像的坐标系的变换矩阵；
(xm,ym,zm,1)T为所述三维参照图像的坐标系的坐标。
7.如权利要求5所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述引导图像与所述参照层面的二维配准过程为：
分别将所述引导图像与所述参照层面进行分割处理，得到所述引导图像的目标区域F和所述参照层面的目标区域R；
基于归一化互信息测度求解F到R的变换矩阵TR-F，通过所述变换矩阵TR-F和Powell算法对所述引导图像与所述参照层面进行二维配准；
其中，所述归一化互信息测度的公式为：
MI(xF,xR)＝(H(xF)+H(xR))/H(xF,xR)
其中，xF代表分割后的所述引导图像的坐标系的坐标，xR代表分割后的所述参照层面的坐标系的坐标；H为信息熵，x为随机变量。
8.如权利要求6所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，所述三维配准的步骤为：
在所述引导图像上随机选择不少于10个配准点得到点集{ui}，在与所述引导图像二维配准的所述参照层面选择与所述点集{ui}相对应的点集{mi}；
将所述点集{ui}变换到所述定位发射器的坐标系下，得到点集{wi}；
计算所述点集{wi}的质心和所述点集{mi}的质心
将所述点集{wi}减去质心得到点集{wci}，将所述点集{mi}减去质心得到点集{mcj}；
求取相关矩阵并对所述相关矩阵进行奇异值分解H＝UΛVT；
则，TM-W的旋转矩阵
TM-W的平移矩阵
基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵将所述引导图像与所述三维参照图像进行三维配准。
9.如权利要求3所述的基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导方法，其特征在于，还包括穿刺器械的模拟穿刺步骤，在所述三维参照图像中设置目标穿刺点，计算穿刺机械的穿刺深度。
10.一种基于多模态医学图像信息的靶向穿刺引导系统，其特征在于，包括：
成像系统，其用于获取目标器官的结构图像和功能图像
扫描系统，其实时获取所述结构图像的引导图像；
空间定位系统，其被配置为跟踪用于接近待穿刺目标位置的所述扫描系统的探头；
计算机，其与所述成像系统、所述扫描系统和所述空间定位系统通信；
操作台系统，用于承载所述计算机和所述空间定位系统；
其中，所述计算机还被配置为配准所述成像系统拍摄的至少两幅图像，得到三维参照图像，所述计算机还被配置为依次对所述引导图像和所述三维参照图像进行二维和三维配准后，再基于所述空间定位系统的追踪信息，融合所述引导图像与所述三维参照图像，并利用融合后的所述引导图像和所述三维参照图像规划并引导穿刺机械的移动，所述计算机还被配置为显示所述穿刺机械的规划路径。
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