多光谱融合手术引导系统关键技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870318-SX219学科分类号：083100硕士学位论文多光谱融合手术引导系统关键技术研究研究生姓名董琰彪学科、专业生物医学工程研究方向生物医学信息可视化及图像处理指导教师陈春晓教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringKeyTechniquesofSurgicalGuidanceSystemwithMultispe

2、ctralImageFusionAThesisinBiomedicalEngineeringbyDongYanbiaoAdvisedbyProf.ChenChunxiaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育

3、机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要肿瘤切除手术是目前最直接、最有效的癌症治疗方式。术中肿瘤细胞的残留是术后肿瘤复发、转移的主要因素之一。多光谱成像技术能够对肿瘤微小病灶进行显像，可以有效解决肿瘤边界模糊、肿瘤切除不彻底等问题，从而提高手术精度。此外，在保证肿瘤被完整切除的情况下，多光谱手术引导系统可以减少对病人的过度治疗，从而实现精准医

4、疗。本文借助荧光示踪剂，搭建了多光谱融合手术引导系统，通过图像融合技术实现了肿瘤的色彩标记与实时显示。本文主要工作如下：（1）设计并搭建了多光谱融合手术引导硬件系统。通过近红外发光二极管(LightEmittingDiode,LED)环状光源激发吲哚菁绿(IndocyanineGreen,ICG)产生荧光信号，利用双通道相机同时采集肿瘤区域的近红外与可见光图像，并通过以太网接口与双端口千兆网卡对图像数据进行同步传输。（2）提出了一种改进的拉普拉斯金字塔快速融合算法。该算法通过单通道融合方式对肿瘤进行色彩标记。在多尺度分析过程中，利用图像分割技术对顶

5、层图像进行肿瘤分割，去除背景噪声；利用融合判断系数调整非顶层图像融合效果，对肿瘤边界进行多尺度增强。最后，通过统一计算架构(ComputeUnifiedDeviceArchitecture,CUDA)编程模型对算法进行并行化结构设计，有效提高了图像的处理效率。（3）提出了图像与视频快速压缩编码方法。利用图像中的绿色特征信息对肿瘤感兴趣区域进行提取；对背景进行维纳滤波，去除视觉冗余信息；通过小波技术对图像进行变换编码，从而去除空间与时间冗余信息，提高了图像与视频的传输及存储效率。（4）设计并搭建了多光谱融合手术引导软件系统。通过功能分析与结构设计，实

6、现了相机控制、信息管理、数据安全及图像分析等模块。针对近红外与可见光图像不同步问题，利用队列结构的缓存设计，以空间换取时间的方式实现了分时图像匹配与同步；利用最短路径方法实现了图像二维分析功能。（5）通过猪肉及小鼠实验，验证了多光谱融合手术引导系统的稳定性及可靠性。关键词：多光谱，近红外荧光，拉普拉斯金字塔，图像融合，图像压缩I多光谱融合手术引导系统关键技术研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTTumorresectionsurgeryiscurrentlythemostdirectandeffectivemethodforcance

7、rtreatment.Theresidualtumorcellintheoperationisoneofthemainreasonsfortumorrecurrenceandmetastasis.Multispectralimagingtechnologycanvisualizethemicro-lesionsoftumor,whichcaneffectivelysolveproblemssuchasblurredtumorborderandincompletetumorremovaltoimprovetheprecisionoftheoperat

8、ion.Inadditiontoensuringthatthetumoriscompletelyresected,mult