CN116385662A - 一种术中病变部位三维重建方法及系统 - Google Patents

一种术中病变部位三维重建方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种术中病变部位三维重建方法，包括：通过激光扫描仪生成病变部位的局部全息干涉图，并同步获取与每一局部全息干涉图相关连的激光扫描仪的位姿数据；接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数字信号；接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据；根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所述局部全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图像。本发明的方法可以提高病理医生的诊断效率。本发明还提供一种术中病变部位三维重建系统。

Description

一种术中病变部位三维重建方法及系统
技术领域
本发明涉及医疗应用技术领域，特别是一种术中病变部位三维重建方法及系统。
背景技术
手术过程中，由手术医生在手术部位进行取样，然后将样品交病理科进行处理和判断。病理医生在收到样品后，将样品进行固化、冰冻、染色等步骤，制成病理切片，然后在显微镜下对样品进行判断，然后将判断结果通知手术医生，整个过程大约需要几十分钟。手术医生接收到病理医生的诊断结果以后，作出下一步手术治疗决策。由于需要染色工艺，使得病理切片的制作时间长而且过程不环保。
快速冰冻切片是用于手术中病理诊断的一种方法，相对于常规石蜡切片，相对于常规的病理切片诊断流程，快速冰冻切片已经提高了病理诊断的快速性，然而依然不能满足一些手术的要求。有些手术往往需要多次提取组织制作快速病理切片，手术时间被拉长，手术创面长时间不能被关闭，病人痛苦、医生疲倦。因此迫切需要一种进一步提高快速病理诊断效率的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种术中病变部位三维重建方法，该方法利用光电成像技术生成病理图像，获取病变部位的局部三维图以及全景三维图供病理医生参考，减少病理诊断时间，提高病理诊断效率。
一种术中病变部位三维重建方法，包括：
步骤S1：通过激光扫描仪生成病变部位的局部全息干涉图，并同步获取与每一局部全息干涉图相关连的激光扫描仪的位姿数据；
步骤S2：接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数字信号；
步骤S3：接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据；
步骤S4：根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所述局部全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图像。
进一步地，在所述步骤S1中，所述激光扫描仪的位姿数据包括激光扫描仪的空间坐标数据和姿态数据。
进一步地，在所述步骤S2中，在生成与每一所述全息干涉图对应的数字信号时同时对所述数字信号进行降噪处理。
进一步地，所述步骤S4之后还包括步骤S5：在云端存储病变部位的局部三维图像及全景三维图。
本发明还提供一种术中病变部位三维重建系统，包括用于扫描病变部位并生成病变部位的局部全息干涉图的激光扫描仪、安装在激光扫描仪上且用于跟踪激光扫描仪并获取激光扫描仪的位姿数据的跟踪器、与激光扫描仪连接的图像接收装置以及与图像接收装置和跟踪器均通信的图像处理计算机，所述图像接收装置用于接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数字信号，所述图像处理计算机用于接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据；所述图像处理计算机还根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所述局部全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图。
进一步地，所述激光扫描仪包括激光器、探头、第一光学组件及第二光学组件，所述激光器用于发出激光，第一光学组件将所述激光分成参考光与照射光两束光，所述参考光射入所述第二光学组件，其中所述照射光经所述第一光学组件引导后通过所述探头照射病变部位并生成供所述探头接收的光束，所述光束经所述第一光学组件引导至所述第二光学组件与所述参考光干涉生成所述病变部位的局部全息干涉图。
进一步地，所述第一光学组件包括依次设置的半透镜、分色镜、检流计振镜、第一扫描透镜及第一套筒透镜，所述半透镜用于将所述激光分成所述参考光与所述照射光，所述分色镜、检流计振镜、第一扫描透镜及第一套筒透镜用于引导所述照射光以及所述光束。
进一步地，所述第二光学组件包括合束镜、第二扫描透镜及第二套筒透镜，所述光束与所述参考光在所述合束镜中形成干涉，形成的干涉光过经所述第二扫描透镜与所述第二套筒透镜进入所述图像接收装置。
进一步地，所述跟踪器安装在所述探头上。
进一步地，所述跟踪器包括陀螺仪和加速度计。
与现有技术相比，本发明的术中病变部位三维重建方法及系统利用光电成像技术生成病理图像，获取病变部位的全景三维图像，并经过网络将全景三维图像在线传送给病理医生进行判读，病理医生可以将病理判读报告传送回手术医生，如此减少病理诊断时间、提高效率。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明提供的术中病变部位三维重建方法的流程示意图。
图2为本发明提供的术中病变部位三维重建系统的方框示意图。
图3为本发明提供的术中病变部位三维重建系统的结构示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
请参考图1，本发明提供一种术中病变部位三维重建方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：通过激光扫描仪生成病变部位的局部全息干涉图，并同步获取与每一局部全息干涉图相关连的激光扫描仪的位姿数据。在本实施例中，激光扫描仪的位姿数据包括激光扫描仪的空间坐标数据和姿态数据(即激光扫描仪的扫描角度)。需要说的是，激光扫描仪的位姿数据是在世界坐标系中获取的。可以理解，激光扫描仪发出的激光束会扫描病变部位，只是仅仅扫描了病变部位的局部，所以激光扫描仪生成的是病变部位的局部全息干涉图。激光扫描仪扫描时是通过手握持来对病变部位进行扫描，这样每次扫描时激光扫描仪的位姿状态是不同的，所以每生成一个局部全息干涉图，激光扫描仪均有相应的位姿数据，将位姿数据与局部全息干涉图一一标定后，可以便于三维图像的拼接和重建。
步骤S2：接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数据。可以理解，原始接收到的局部全息干涉图为物理信号，需要通过对全息干涉图进行处理从而获取相应的数字信号。进一步的，可以对每一所述局部全息干涉图对应的数字信号进行降噪处理，例如可以采用高通滤波的方法进行降噪，以获取干净清晰的全息干涉图。
步骤S3：接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据。可以理解，提取特征数据的目的是为了便于三维图像的拼接以及重建。
步骤S4：根据每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述局部全息干涉图对应的位姿数据，将获取的特征数据进行拼接及三维重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图。可以理解，在将每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据与每一所述局部全息干涉图对应的位姿数据相关连后，可以便于重建三维图像，且能够根据需要将若干个局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据进行拼接能够获得病变部分一定区域的三维图像即局部三维图像。
步骤S5：在云端存储病变部位的局部三维图像及全景三维图像。
病变部位的全景三维图像以及局部三维图像通过计算机网络发送至病理医生的计算机上，病理医生可以对病变部位的三维图像进行诊断和分析，形成诊断报告，然后通过网络传送至术中医生，减少了病理切片等待的时间，提高诊治效率，减轻病人痛苦。同时病变部位的全景三维图像以及局部三维图像可以通过计算机网络发送至手术室的投影设备并显示，供术中医生观察。
请参照图2与图3，本发明还提供一种术中病变部位三维重建系统，该术中病变部位三维重建系统包括用于扫描病变部位并获取病变部位的局部全息干涉图的激光扫描仪1、安装在激光扫描1上且用于跟踪激光扫描仪1并获取激光扫描仪1的位姿数据的跟踪器2、与激光扫描仪1连接的图像接收装置3以及与图像接收装置3和跟踪器2均通信的图像处理计算机4。
在本实施例中，跟踪器2安装在激光扫描仪1上，跟踪器2与图像接收装置3例如可以通过数据线与图像处理计算机4连接，也可以通过无线连接的方式和图像处理计算机4通信。
具体地，在本实施例中，激光扫描仪1包括激光器5、探头6、第一光学组件及第二光学组件，所述激光器5用于发出激光，第一光学组件将所述激光分成参考光与照射光两束光，所述参考光射入所述第二光学组件，其中所述照射光经所述第一光学组件引导后通过所述探头6照射在病变部位100上，使病变部分100生成供所述探头6接收的光束，所述光束经所述第一光学组件引导至所述第二光学组件与所述参考光干涉，生成所述病变部位100的局部全息干涉图。
进一步地，所述第一光学组件包括依次设置的半透镜7、分色镜8、检流计振镜9、第一扫描透镜10、第一套筒透镜11，所述半透镜7用于将所述激光分成所述参考光与所述照射光，所述分色镜8、检流计振镜9、第一扫描透镜10及第一套筒透镜11用于引导所述照射光以及所述光束。具体地，在竖直方向上，半透镜7位于分色镜8和激光器5之间，且半透镜7按照预定倾角设置，在本实施例中，半透镜7呈45°角设置，此角度可以便于将照射光引导至分色镜8上，同时将参考光引导至第二光学组件中。在水平方向上，检流计振镜9位于分色镜8的一侧，第一扫描透镜10、第一套筒透镜11依次设置并位于检流计振镜9的下方，探头6位于第一套筒透镜11的下方。同时分色镜8的倾角例如在15°到75°之间，在本实施例中，分色镜8呈45°角设置，此角度可以便于将照射光引导至检流计振镜9上。检流计振镜9用于使得照射光可以偏转，增大激光扫描仪1单次扫描时的扫描面积。半透镜7与分色镜8的倾斜方向不同，半透镜7向靠近检流计振镜9的一侧倾斜，分色镜8向远离检流计振镜9的一侧倾斜。
在本实施例中，所述第二光学组件包括依次设置的合束镜12、第二扫描透镜13、第二套筒透镜14，所述光束与所述参考光在所述合束镜12中干涉，形成的干涉光过经所述第二扫描透镜13与所述第二套筒透镜14进入所述图像接收装置3中。具体地，在水平方向上，合束镜12位于分色镜8的另一侧且合束镜12、第二扫描透镜13、第二套筒透镜14依次设置。进一步地第二光学组件还包括反射镜15及其他光学元件16。反射镜15位于合束镜12的上方且与半透镜7位于同一水平线，用于将半透镜7生成的参考光引导至合束镜12。其他光学元件16位于第二扫描透镜14的另一侧。
图像接收装置3例如为COMS相机，用于对接收到的全息干涉图进行数字化处理以及降噪处理。图像接收装置3例如可以通过数据线与图像处理计算机4连接。
图像处理计算机4接收跟踪器2获取的位姿数据，同时接收图像接收装置3处理后的每一所述局部全息干涉图对应的数字信号，图像处理计算机4提取每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据，并根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所有的所述全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图像。
在本实施例中，第一套筒透镜11及第一扫描透镜10的组合用于消除相差。
在本实施例中，第二套筒透镜14及第二扫描透镜13的组合用于消除相差。
需要说明的是，套筒透镜的位置可调节，通过调节套筒透镜的位置，使之收集和准直光束(焦点位于无穷远)。准直光束通过物镜聚焦在病变部位100上。
这种光学系统设计的巧妙之处是套筒透镜和扫描透镜共同产生准直光。从套筒透镜出来的光在无穷远处聚焦，这样可以相对套筒透镜移动物镜的位置，不会影响病变部位100的成像质量。
在本实施例中，激光扫描仪1例如还包括壳体(图未示出)，第一光学组件以及第二光学组件均位于壳体内，探头6安装在壳体的一端。
在本实施例中，跟踪器2例如包括陀螺仪和加速度计等可以在世界坐标系下感测姿态变化及坐标变化，跟踪器2例如安装在探头6上的壳体上。
本发明的术中病变部位三维重建方法及系统，利用激光扫描仪获取手术病变部位的全息干涉图，将获取的局部全息干涉图拼接以及重建生成病变部位的局部三维图以及全景三维图，并在病理医生面前展现供病理医生诊断，如此减少病理诊断时间、提高效率减轻病人痛苦。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种术中病变部位三维重建方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：通过激光扫描仪生成病变部位的局部全息干涉图，并同步获取与每一局部全息干涉图相关连的激光扫描仪的位姿数据；
步骤S2：接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数字信号；
步骤S3：接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据；
步骤S4：根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所述局部全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图像。
2.如权利要求1所述的术中病变部位三维重建方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述激光扫描仪的位姿数据包括激光扫描仪的空间坐标数据和姿态数据。
3.如权利要求1所述的术中病变部位三维重建方法，其特征在于：在所述步骤S2中，在生成与每一所述全息干涉图对应的数字信号时同时对所述数字信号进行降噪处理。
4.如权利要求1所述的术中病变部位三维重建方法，其特征在于：所述步骤S4之后还包括步骤S5：在云端存储病变部位的局部三维图像及全景三维图。
5.一种术中病变部位三维重建系统，其特征在于：包括用于扫描病变部位并生成病变部位的局部全息干涉图的激光扫描仪、安装在激光扫描仪上且用于跟踪激光扫描仪并获取激光扫描仪的位姿数据的跟踪器、与激光扫描仪连接的图像接收装置以及与图像接收装置和跟踪器均通信的图像处理计算机，所述图像接收装置用于接收每一所述局部全息干涉图并生成与每一所述局部全息干涉图对应的数字信号，所述图像处理计算机用于接收每一所述局部全息干涉图对应的数字信号并提取每一所述局部全息干涉图对应的数字信号中的特征数据；所述图像处理计算机还根据每一所述全息干涉图对应的数字信号中的特征数据及每一所述全息干涉图对应的位姿数据，将所述局部全息干涉图进行拼接及重建，得到病变部位的局部三维图像及全景三维图。
6.如权利要求5所述的术中病变部位三维重建系统，其特征在于：所述激光扫描仪包括激光器、探头、第一光学组件及第二光学组件，所述激光器用于发出激光，第一光学组件将所述激光分成参考光与照射光两束光，所述参考光射入所述第二光学组件，其中所述照射光经所述第一光学组件引导后通过所述探头照射病变部位并生成供所述探头接收的光束，所述光束经所述第一光学组件引导至所述第二光学组件与所述参考光干涉生成所述病变部位的局部全息干涉图。
7.如权利要求6所述的术中病变部位三维重建系统，其特征在于：所述第一光学组件包括依次设置的半透镜、分色镜、检流计振镜、第一扫描透镜及第一套筒透镜，所述半透镜用于将所述激光分成所述参考光与所述照射光，所述分色镜、检流计振镜、第一扫描透镜及第一套筒透镜用于引导所述照射光以及所述光束。
8.如权利要求6所述的术中病变部位三维重建系统，其特征在于：所述第二光学组件包括合束镜、第二扫描透镜及第二套筒透镜，所述光束与所述参考光在所述合束镜中形成干涉，形成的干涉光过经所述第二扫描透镜与所述第二套筒透镜进入所述图像接收装置。
9.如权利要求6所述的术中病变部位三维重建系统，其特征在于：所述跟踪器安装在所述探头上。
10.如权利要求6所述的术中病变部位三维重建系统，其特征在于：所述跟踪器包括陀螺仪和加速度计。
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