众所周知,图像显示的信息是直观、具象的,所谓“百闻不如一见”。为了获得人体体内器官图像信息,超声无疑是常用的一种医学检查和诊断的手段,其应用可谓十分广泛,在消化、泌尿、妇产及心血管等科室的日常检查中均有使用。据估计,作为消化系统疾病之消化道肿瘤已成为我国最常见的恶性肿瘤,食管癌、胃癌和结直肠癌每年有超过100万人因此而死亡,对消化道肿瘤的预后做出改善的最关键也是最简单的措施就是早期治疗。有鉴于此,本文依托国家重点研发项目“数字诊疗装备研发”重点专项“电磁声光耦合式陡脉冲高压电场(s PEF)无创胃癌治疗系统研制”(项目编号:2018YFC0115300),以消化道肿瘤电磁学、光学和声学物理特征的变化规律为切入点,依据EUS检查的消化道肿瘤超声图像,开展了消化道肿瘤超声图像三维重建技术及其三维超声图像与光学内镜图像融合技术等研究工作。主要包括:(1)在广泛调研国内外文献与阅读基础上,明确了肿瘤消融程度实时评估是确保肿瘤消融安全有效的关键因素。基于此,针对消融过程中从生物形态表征上缺乏特异、明确的衡量指标,研究分析了消化道肿瘤的形态特征、位置及边界范围的确定,这对于早癌的精准治疗,其意义十分深远。(2)鉴于存在因超声图像本质特征导致的模糊不明边界,因生理运动或操作取向导致的虚假边界,以及广泛存在高水平斑点噪声等不利影响,很难直接利用现有算法实现医学超声图像的三维重建,为此,开展了超声图像滤波处理等数字图像预处理研究工作。提出了一种基于稀疏表示的图像滤波算法,其对于合成散斑图像和实际医学超声影像的去噪在主观评价和CNR等客观指标上均能取得良好效果。(3)针对可见光图像和超声影像特征信息不匹配,空间信息不对称,直接融合匹配难度大的问题,采用了三维重建后融合的思路,详细分析了面绘制和体绘制的特点,并选用光线投射算法完成了超声影像的重构。结果表明体绘制重建更具优势,与未滤波的重建效果相比,利用本文算法进行滤波后重建的三维图像能够更好的对图像信息进行展示。(4)由于常用的消化道内镜检查得到的二维可见光图像无法提供更多有用的解剖信息,为此阐述了单一模态的局限性和多模态图像的互补性,通过多模态图像配准和融合挖掘多源生物信息的内在关联性,建构了配准融合2D可见光图像和3D超声图像的原理及技术方法。即,通过从重建的3D超声体积创建2D超声投影并将其配准到光学图像来配准这两种不同的图像,配准完成后,则将可见光图像投影到3D超声上完成融合,并结合主观评价对其进行评估。研究结果表明,该程序结合肿瘤生物学信息,将可见光图像和超声图像进行有效融合,可以从宽度和深度两个维度确定肿瘤浸润范围。不仅可对肿瘤病灶实现多角度多层次的定位和分析,而且为肿瘤诊断分期以及后续治疗的肿瘤消融效果提供可靠精确的辅助判断信息。