CN109509555A - 一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统，包括：S1、对所要手术的人体部位进行三维建模；S2、通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；S3、通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；S4、记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。本发明通过利用外部输入设备对三位模型进行手术操作模拟仿真，并记录位置数据以及压力数据，根据手术模拟操作结果来确定最佳的位置以及压力大小，用于专家进行评估，以及学员的预演培训，增强手术准确度，在手术实施后将手术结果存入云端，方便以后评估时所用，实现医疗资源平衡共享。

Description

一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统。

背景技术

在医学领域，传统的医学模拟训练例如，外科手术实操教学非常简陋，基本达不到临床应用水平，一些医学院校及医院使用模拟器官橡皮进行教学，通过手术录像的演示播放,利用器官实物标本讲解,尸体解剖教学,以及专家手术观摩等形式,针对外科手术培训、手术预演、临床诊断、远程手术、康复治疗等医学辅助等教学环节。

这种方法存在有诸多不足，例如模拟器官进行教学,本身橡皮材料易老化,使用过多次后就需要更换,橡皮器官的价格比较高,经常更换教具大大增加了教学成本。另外还有专家手术观摩形式,通过视听触觉等多种感官了解和学习各种手术实际操作,对于年轻医生或者实习学生而言,不能亲自操作及与专家操作方法及时进行比对,发现自己的错误和不足,无疑使得培训年轻医务人员浪费大量金钱和时间,不能获得良好的受训效果，也严重地影响了练习效率。

综上可知，现有医学模拟训练技术方案，训练成本较高，训练效果不佳并且效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统，旨在解决现有技术中医学模拟训练成本高以及效果不佳的问题，实现基于三维图像对手术方案进行预演评估，直观性强。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，所述方法包括以下步骤：

S1、对所要手术的人体部位进行三维建模；

S2、通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

S3、输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

S4、记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

优选地，所述通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小具体为：

通过位置传感器采集输入终端的实时位置数据以及三维模型的实时位置数据；

通过压力传感器采集虚拟器械的实时压力数据以及三维模型的实时压力数据。

优选地，所述输入终端用于三维模型的平移、旋转以及手术模拟操作。

优选地，其特征在于，所述方法还包括：

对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案，并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。

本发明还提供了一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，所述系统包括：

三维建模模块，用于对所要手术的人体部位进行三维建模；

手术模拟模块，用于通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

位置压力感知模块，用于通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

位置压力记录模块，用于记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

优选地，所述位置压力感知模块包括：

位置感知单元，用于通过位置传感器采集输入终端的实时位置数据以及三维模型的实时位置数据；

压力感知单元，用于通过压力传感器采集虚拟器械的实时压力数据以及三维模型的实时压力数据。

优选地，所述输入终端用于三维模型的平移、旋转以及手术模拟操作。

优选地，所述系统还包括：

手术描述模块，用于对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案，并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明通过利用外部输入设备对三位模型进行手术操作模拟仿真，并记录位置数据以及压力数据，根据手术模拟操作结果来确定最佳的位置以及压力大小，用于专家进行评估，以及学员的预演培训，在进行训练时，可以采用所记录的位置数据以及压力数据，在相应位置处施加相同的压力进行手术操作，增强手术准确度。另外专家可利用此方法对手术关键过程进行分析讲评以及详述处理要点。在手术实施后将手术结果存入云端，方便以后评估时所用，大大提高了基层医生的技术水平，实现医疗资源平衡共享。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种基于三维影像的外科手术预演评估方法流程图；

图2为本发明实施例中所提供的一种基于三维影像的外科手术预演评估系统结构框图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于三维影像的外科手术预演评估方法以及系统进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，所述方法包括以下步骤：

S1、对所要手术的人体部位进行三维建模；

S2、通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

S3、通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

S4、记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

本发明实施例通过对人体特定部位进行三维成像，并利用外部带有传感器的输入终端进行虚拟手术操作，实时采集手术器械上的传感器数据，获取各个操作时的压力数据，并在三维图像上显示相应操作的处理结果，并以三维图像的形式输出结果，以供用户进行查看。通过用户视觉以及触觉感官模拟，增加手术模拟的真实感。

采集人体特定部位的三维数据，利用三维数据进行三维建模，通过3d Max完成建模工作，并将三维模型进行存储。将不同部位的三维模型汇总形成模型数据库，用户在进行模拟训练时可以根据手术种类选择不同的模型进行模拟训练。

在三维成像主机上连接输入终端，用来作为手术器械，提供操作数据的输入，即手术操作均由输入终端来实现。所述输入终端上设置压力传感器以及位置传感器，通过压力传感器采集操作力度数据，通过位置传感器采集操作部位数据。

在进行模拟预演时，可在计算机屏幕上查看所要手术的器官三维模型，并可通过输入终端来实现模型的平移以及旋转，方便用户进行手术模拟操作。在模拟开始时，通过输入终端对器官三维模型进行平移以及旋转，找到器官病灶位置，进行特定手术操作，例如实施过程中的吸、切、挑等动作，预先在系统中选择手术器械，在实施手术动作之前，通过位置传感器感知当前手术位置，在确定手术位置后，记录当前位置数据，利用选择好的手术器械进行手术动作的实施，例如切除某病灶，利用压力传感器感知当前手术操作的压力大小，并记录当前压力数据，将所述位置数据以及压力数据记录在存储模块中。在用户进行模拟手术操作时，图像处理模块同步对器官三维模型进行模拟手术操作结果的模型处理，生成相应的手术操作结果模型显示，对操作者的动作指令进行及时反馈，从而将模拟手术操作结果在计算机屏幕上进行显示。

除了三维模型进行相应显示变化外，并对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案。并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。

远程专家通过远程客户端进行手术进行分析评估，评价其可行性。另外还可用此方法进行手术技能培训，学员根据手术方案中预先设定好的位置数据以及压力数据，对病灶位置进行手术模拟操作。

本发明实施例通过利用外部输入设备对三位模型进行手术操作模拟仿真，并记录位置数据以及压力数据，根据手术模拟操作结果来确定最佳的位置以及压力大小，用于专家进行评估，以及学员的预演培训，在进行训练时，可以采用所记录的位置数据以及压力数据，在相应位置处施加相同的压力进行手术操作，增强手术准确度。另外专家可利用此方法对手术关键过程进行分析讲评以及详述处理要点。在手术实施后将手术结果存入云端，方便以后评估时所用，大大提高了基层医生的技术水平，实现医疗资源平衡共享。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，所述系统包括：

三维建模模块，用于对所要手术的人体部位进行三维建模；

手术模拟模块，用于通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

位置压力感知模块，用于通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

位置压力记录模块，用于记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

所述位置压力感知模块包括：

位置感知单元，用于通过位置传感器采集输入终端的实时位置数据以及三维模型的实时位置数据；

压力感知单元，用于通过压力传感器采集虚拟器械的实时压力数据以及三维模型的实时压力数据。

在进行模拟预演时，可在计算机屏幕上查看所要手术的器官三维模型，并可通过输入终端来实现模型的平移以及旋转，方便用户进行手术模拟操作。在模拟开始时，通过输入终端对器官三维模型进行平移以及旋转，找到器官病灶位置，进行特定手术操作，例如实施过程中的吸、切、挑等动作，预先在系统中选择手术器械，在实施手术动作之前，通过位置传感器感知当前手术位置，在确定手术位置后，记录当前位置数据，利用选择好的手术器械进行手术动作的实施，例如切除某病灶，利用压力传感器感知当前手术操作的压力大小，并记录当前压力数据，将所述位置数据以及压力数据记录在存储模块中。在用户进行模拟手术操作时，图像处理模块同步对器官三维模型进行模拟手术操作结果的模型处理，生成相应的手术操作结果模型显示，对操作者的动作指令进行及时反馈，从而将模拟手术操作结果在计算机屏幕上进行显示。

所述系统还包括：

手术描述模块，用于对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案，并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、对所要手术的人体部位进行三维建模；

S2、通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

S3、通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

S4、记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，其特征在于，所述通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小具体为：

通过位置传感器采集输入终端的实时位置数据以及三维模型的实时位置数据；

通过压力传感器采集虚拟器械的实时压力数据以及三维模型的实时压力数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，其特征在于，所述输入终端用于三维模型的平移、旋转以及手术模拟操作。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估方法，其特征在于，所述方法还包括：

对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案，并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。

5.一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，其特征在于，所述系统包括：

三维建模模块，用于对所要手术的人体部位进行三维建模；

手术模拟模块，用于通过输入终端对人体部位三维模型进行手术模拟操作；

位置压力感知模块，用于通过输入终端上的位置传感器以及压力传感器感知操作时的位置以及压力大小；

位置压力记录模块，用于记录每步操作的位置数据以及压力数据，并将操作结果显示在人体部位三维模型上。

6.根据权利要求5所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，其特征在于，所述位置压力感知模块包括：

位置感知单元，用于通过位置传感器采集输入终端的实时位置数据以及三维模型的实时位置数据；

压力感知单元，用于通过压力传感器采集虚拟器械的实时压力数据以及三维模型的实时压力数据。

7.根据权利要求6所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，其特征在于，所述输入终端用于三维模型的平移、旋转以及手术模拟操作。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种基于三维影像的外科手术预演评估系统，其特征在于，所述系统还包括：

手术描述模块，用于对当前模型进行截图，在截图上手术操作的位置处进行标注，并用文字表述当前风险点，包括处理原则以及处理方案，并将截图以及文字说明进行输出，输出到本地或远程客户端中。