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(Light Emitting Diode,LED)环状光源激发吲哚菁绿(Indocyanine Green,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(Compute Unified Device Architecture,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。