一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元及VR手术模拟单元，所述CT数据导入单元用于导入CT数据，所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，并根据血管对软组织器官进行分段，所述三维建模单元用于建立各段软组织器官、肿瘤、血管及硬组织的三维模型，并融合成人体器官3D模型，所述VR手术模拟单元包括VR手术模拟切除模块、切除结果分析模块、手术模拟测量模块、手术模拟风险评估模块。本发明专利技术还公开了一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟方法。本发明专利技术能够直观获得肿瘤所在器官的段，对肿瘤的定位更加精准，进而降低了手术难度和风险，实现了术前的模拟切除和手术风险评估，采用虚拟现实技术进行手术模拟，增加模拟仿真的真实性和模拟结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统及方法
本专利技术涉及医学图像处理
，特别涉及一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统及方法。
技术介绍
随着科学技术发展，人类在医学上取得了很多进步，但在临床医学中，仍有部分疾病存在手术成功率低、风险大的问题。目前，针对肝、肺等软组织器官的手术，由于肿瘤通常是在器官的内部，手术时仍然需要医生根据经验去寻找肿瘤的位置，这样存在的主要问题是，医生寻找肿瘤位置具有一定难度，同时也增加了手术的风险。众所周知，人体的有些器官是分段性器官，如肝脏可以通过动脉血管分为五叶八段，肺通过动脉血管分为五叶二十段，如果在手术前就知道肿瘤处在器官的哪个段里面，情况就会不一样了，对于医生来说找器官的分段，相比找肿瘤来会简单的多，找出肿瘤所在的段，在手术时只需要将这个段切除，肿瘤也会跟着被切除了。医学图像三维可视化是将二维断层医学图像转变为3D图像，展现人体器官的三维结构和形态，能够辅助医生在术前进行病变器官进行观察和分析，可以提高医学诊断的准确性和科学性，降低手术风险。但对于目前的医学图像三维可视化技术而言，并不能实现器官的分段，医生难以从3D图像中直观的看出肿瘤处于哪个段中。另外目前的医学图像三维可视化技术仅提供三维查看功能，而不能实现术前模拟切除及手术风险评估。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，其能够直观获得肿瘤所在器官的段，对肿瘤的定位更加精准，进而降低了手术难度和风险，实现了术前的模拟切除和手术风险评估；本专利技术同时提供了一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元及VR手术模拟单元，其中：所述CT数据导入单元用于导入CT数据，所述CT数据包含CT图像、病人信息、医院信息、CT机型号信息及CT片精度信息；所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，其包括软组织器官分割模块、肿瘤分割模块、血管分割模块、硬组织分割模块及软组织器官分段模块，所述软组织器官分段模块用于根据血管对软组织器官进行分段；所述三维建模单元用于建立各段软组织器官、肿瘤、血管及硬组织的三维模型，并融合成人体器官3D模型；所述VR手术模拟单元包括VR手术模拟切除模块、切除结果分析模块、手术模拟测量模块、手术模拟风险评估模块，所述VR手术模拟切除模块用于针对人体器官3D模型进行虚拟现实模拟肿瘤切除操作，其包括显示单元、输入单元及运算单元，所述显示单元用于显示人体器官3D模型并产生三维视觉成像效果，所述输入单元用于接收操作者针对显示单元显示的影像而输入的进刀信息，并将进刀信息反馈给显示单元，所述运算单元用于根据进刀信息计算切除结果，并将切除结果反馈给显示单元，所述切除结果分析模块用于计算切除肿瘤的体积、剩余器官的体积以及判断血管是否损失、计算损失血管的体积，并生成报告，所述手术模拟测量模块用于对切除肿瘤、剩余器官进行角度测量、直线测量及空间测量，所述手术模拟风险评估模块用于生成手术风险评估报告。优选地，所述CT数据导入单元具有CT数据预览模块及CT图像预处理模块，所述CT数据预览模块用于查看CT数据的相关内容，所述CT图像预处理模块用于判断CT图像是否出现倒置，并将倒置的CT图像调整到正确方向。优选地，所述显示单元采用裸眼3D显示器。一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟方法，基于上述的基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统实现，该方法包括以下步骤：S1、利用CT数据导入单元导入CT数据；S2、利用CT图像分割单元在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，并根据血管对软组织器官进行分段；S3、利用三维建模单元对各段软组织器官分别进行三维建模，对肿瘤、血管及硬组织进行三维建模，最终融合成人体器官3D模型；S4、利用VR手术模拟单元对人体器官3D模型进行虚拟现实手术模拟。优选地，所述步骤S2具体包括以下分步骤：S21、软组织器官分割，通过人机交互在CT图像上选定软组织器官的位置，自动分割出软组织器官；S22、肿瘤分割，通过人机交互在CT图像上选定肿瘤的位置，自动分割出肿瘤；S23、血管分割，通过人机交互在CT图像上选定血管的位置，利用CT图像的灰度值，进行阈值分割，自动分割出血管；S24、硬组织分割，通过人机交互在CT图像上选定硬组织的位置，利用CT图像的灰度值，进行阈值分割，自动分割出硬组织；S25、软组织器官分段，根据血管对软组织器官进行分段。优选地，所述步骤S4具体包括以下分步骤：S41、确定肿瘤生长位置对应软组织器官的段，并基于虚拟现实对该段软组织器官进行肿瘤模拟切除；S42、肿瘤模拟切除完成后，计算切除肿瘤的体积、剩余器官的体积，判断血管是否损失并计算损失血管的体积，并生成报告；S43、通过人机交互对切除肿瘤、剩余器官进行角度测量、直线测量及空间测量。优选地，所述步骤S41具体包括以下子步骤：S411、确定肿瘤生长位置对应软组织器官的段；S412、显示单元显示人体器官3D模型并产生三维视觉成像效果；S413、操作者针对显示单元显示的影像进行模拟手术进刀动作，输入单元接收操作者输入的进刀信息，并反馈给显示单元，显示单元显示模拟进刀动作；S414、运算单元接收操作者输入的进刀信息，根据进刀信息计算切除结果，并将切除结果反馈给显示单元，显示单元显示肿瘤切除结果。优选地，所述步骤S4还包括以下分步骤：S44、生成手术风险评估报告。采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：1、本专利技术能够通过对软组织器官进行分段，能够在人体器官3D模型中直观获得肿瘤所在器官的段，对肿瘤的定位更加精准，在手术时直接将软组织器官的生长有肿瘤的段切除，肿瘤随之被取出。由于医生找软组织器官的分段，相比找肿瘤要简单的多，这样可以降低手术的难度，进而降低手术风险。2、本专利技术还实现了术前的模拟切除和手术风险评估，进一步降低了手术风险。3、本专利技术采用虚拟现实技术进行手术模拟切除，增加模拟仿真的真实性和模拟结果的准确性，通过反复手术模拟，可提高用户的手术技能和熟练度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一参考图1所示，本专利技术公开了一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，包括CT数据导入单元10、CT图像分割单元20、三维建模单元30及VR手术模拟单元40，其中：CT数据导入单元10用于导入CT数据，CT数据包含CT图像、病人信息、医院信息、CT机型号信息及CT片精度信息。CT数据导入单元10具有CT数据预览模块及CT图像预处理模块，CT数据预览模块用于查看CT数据的相关内容，CT图像预处理模块用于判断CT图像是否出现倒置，并将倒置的CT图像调整到正确方向。CT图像分割单元20用于在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，其包括软组织器官分割模块、肿瘤分割模块、血管分割模块、硬组织分割模块及软组织器官分段模块，软组织器官分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，其特征在于，包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元及VR手术模拟单元，其中：所述CT数据导入单元用于导入CT数据，所述CT数据包含CT图像、病人信息、医院信息、CT机型号信息及CT片精度信息；所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，其包括软组织器官分割模块、肿瘤分割模块、血管分割模块、硬组织分割模块及软组织器官分段模块，所述软组织器官分段模块用于根据血管对软组织器官进行分段；所述三维建模单元用于建立各段软组织器官、肿瘤、血管及硬组织的三维模型，并融合成人体器官3D模型；所述VR手术模拟单元包括VR手术模拟切除模块、切除结果分析模块、手术模拟测量模块、手术模拟风险评估模块，所述VR手术模拟切除模块用于针对人体器官3D模型进行虚拟现实模拟肿瘤切除操作，其包括显示单元、输入单元及运算单元，所述显示单元用于显示人体器官3D模型并产生三维视觉成像效果，所述输入单元用于接收操作者针对显示单元显示的影像而输入的进刀信息，并将进刀信息反馈给显示单元，所述运算单元用于根据进刀信息计算切除结果，并将切除结果反馈给显示单元，所述切除结果分析模块用于计算切除肿瘤的体积、剩余器官的体积以及判断血管是否损失、计算损失血管的体积，并生成报告，所述手术模拟测量模块用于对切除肿瘤、剩余器官进行角度测量、直线测量及空间测量，所述手术模拟风险评估模块用于生成手术风险评估报告。...

【技术特征摘要】
1.一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，其特征在于，包括CT数据导入单元、CT图像分割单元、三维建模单元及VR手术模拟单元，其中：所述CT数据导入单元用于导入CT数据，所述CT数据包含CT图像、病人信息、医院信息、CT机型号信息及CT片精度信息；所述CT图像分割单元用于在CT图像上分割出软组织器官、肿瘤、血管及硬组织，其包括软组织器官分割模块、肿瘤分割模块、血管分割模块、硬组织分割模块及软组织器官分段模块，所述软组织器官分段模块用于根据血管对软组织器官进行分段；所述三维建模单元用于建立各段软组织器官、肿瘤、血管及硬组织的三维模型，并融合成人体器官3D模型；所述VR手术模拟单元包括VR手术模拟切除模块、切除结果分析模块、手术模拟测量模块、手术模拟风险评估模块，所述VR手术模拟切除模块用于针对人体器官3D模型进行虚拟现实模拟肿瘤切除操作，其包括显示单元、输入单元及运算单元，所述显示单元用于显示人体器官3D模型并产生三维视觉成像效果，所述输入单元用于接收操作者针对显示单元显示的影像而输入的进刀信息，并将进刀信息反馈给显示单元，所述运算单元用于根据进刀信息计算切除结果，并将切除结果反馈给显示单元，所述切除结果分析模块用于计算切除肿瘤的体积、剩余器官的体积以及判断血管是否损失、计算损失血管的体积，并生成报告，所述手术模拟测量模块用于对切除肿瘤、剩余器官进行角度测量、直线测量及空间测量，所述手术模拟风险评估模块用于生成手术风险评估报告。2.如权利要求1所述的一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，其特征在于：所述CT数据导入单元具有CT数据预览模块及CT图像预处理模块，所述CT数据预览模块用于查看CT数据的相关内容，所述CT图像预处理模块用于判断CT图像是否出现倒置，并将倒置的CT图像调整到正确方向。3.如权利要求1所述的一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统，其特征在于：所述显示单元采用裸眼3D显示器。4.一种基于人体器官3D模型的VR手术模拟方法，基于权利要求1-3任一项所述的基于人体器官3D模型的VR手术模拟系统实现，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、利用CT数据导入单元导入CT数据；S2、利用CT...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博亮，
申请(专利权)人：厦门强本宇康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35