一种经直肠三维超声成像系统

摘要

前列腺癌是男性群体中高发的癌症之一,早期的诊断对于前列腺癌的治疗具有重要的意义。前列腺活检穿刺是一种广泛应用的前列腺癌诊断方法,且具有较高的成功率,它采用利用医学成像来引导穿刺针到达疑似病灶部位进行活检,根据活检组织从而来对前列腺癌进行诊断。现在用于活检穿刺导引的医学成像方式主要有经直肠超声成像和MRI。相比于MRI图像,超声图像中存在斑点噪声和伪影,图像质量较差,但是超声成像具有安全,便捷,无损,成本低等特点,能够用于实时的前列腺穿刺活检导引。传统的基于经直肠的二维超声图像是一种低成本的前列腺成像方法,但是它存在诸多缺点,采用传统的二维超声图像进行活检穿刺,医生只能得到有限的器官截面二维图像信息,需要根据个人的经验来引导穿刺针到达病灶部位从而完成穿刺过程。与传统二维超声图像相比,三维超声图像能够提供器官的直观立体图像,通过三维超声图像,医生能够准确的穿刺到病变部位,从而提高诊断效率,因此,研究基于经直肠探头的三维超声成像系统对于前列腺穿刺导引具有重要的意义。
　　本文主要完成了基于直肠探头的三维超声成像系统的研究与设计,并对三维超声图像针分割算法进行了研究。所设计的系统包括硬件和软件部分。在硬件部分主要包括用于固定直肠探头并进行旋转扫描的机械装置,步进电机,步进电机控制电路,二维B超成像系统,以及PC工作站。步进电机控制电路控制电机转动来使得探头进行同步扫描,并利用PC工作站的数据采集卡采集B超系统中的二维图像。软件部分主要包括控制电路的单片机程序和PC工作站的软件程序。单片机控制程序控制电机转动并将与PC工作站进行通信,PC工作站将采集的二维图像进行重建并进行显示,此外,本文对三维超声图像针分割算法进行了研究,并将针分割功能加入所设计系统的软件平台。将所设计的系统在制作的Phantom进行试验,试验结果表明:系统具有基本的三维超声成像功能并能够对三维超声图像中穿刺针进行准确检测定位。
　　本文设计的前列腺三维超声成像系统成本低廉,性能稳定,为以后的基于三维超声成像的前列腺穿刺导引研究打下了良好的基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究状况

1.4 本文主要研究内容及论文结构

2 经直肠三维超声成像系统基本理论

2.1 前列腺结构

2.2 B超成像基本原理

2.3 三维超声成像基本理论

2.4 机械扫描方式

3 三维超声成像系统硬件设计

3.1 三维超声系统硬件整体结构

3.2 机械装置结构

3.3 步进电机

3.4 电机控制电路

3.5 B超系统

3.6 图像采集卡

4 三维超声成像系统软件设计

4.1 单片机控制程序

4.2 PC工作站程序

4.3 三维超声图像针分割

5 实验结果与分析

5.1 直线实验

5.2 塑胶手套实验

5.3 Agar Phantom实验

5.4 实验结果分析

6 主要研究内容与展望

致 谢

参考文献

1 攻读学位期间发表论文目录