一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法，方法包括：S1、基于指定的DICOM图像，在虚拟场景中构建三维立体的人体模型，所述人体模型为与真实人体比例相同的模型；S2、借助于虚拟仿真系统的辅助设备，接收操作员对虚拟仿真系统中所述人体模型的操作指令并执行，以实现基于人体模型模拟粒子穿刺手术；S3、依据执行的操作指令的轨迹，获取用于评价的粒子穿刺手术中穿刺针的动态位置信息。本发明专利技术的方法充分考虑了可用性和可靠性，有效实现粒子穿刺手术的虚拟仿真。现粒子穿刺手术的虚拟仿真。现粒子穿刺手术的虚拟仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法


[0001]本专利技术涉及虚拟现实技术，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法。

技术介绍

[0002]随着医疗技术和信息技术的日益进步与不断结合，以计算机技术为基础的虚拟现实技术，已渗透于医学的各个领域，虚拟医院、虚拟实验室、虚拟人体、可视化医疗等相继出现，虚拟现实技术是由计算机产生一个集视、听、触等感觉于一体的交互式虚拟环境出。虚拟现实技术是在计算机图形学、计算机仿真技术、多媒体技术、图像处理与模式识别、人工智能技术等基础，上发展起来的交叉学科，虚拟手术成为医学领城重要的研究方向。其中医疗辅助是其重要的一种应用，如何基于虚拟现实技术实现在虚拟场景中对穿刺手术进行预演和规划，成为当前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法，其解决了现有技术中无法进行在人体外部进行模拟穿刺手术的问题，且操作过程比较安全。
[0005](二)技术方案
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法，包括：
[0008]S1、基于指定的DICOM图像，在虚拟场景中构建三维立体的人体模型，所述人体模型为与真实人体比例相同的模型；
[0009]S2、借助于虚拟仿真系统的辅助设备，接收操作员对虚拟仿真系统中所述人体模型的操作指令并执行，以实现基于人体模型模拟粒子穿刺手术；
[0010]S3、依据执行的操作指令的轨迹，获取用于评价的粒子穿刺手术中穿刺针的动态位置信息。
[0011]可选地，还包括：
[0012]S4、接收生成手术导板的指令后，依据穿刺针的动态位置信息、每一位置信息所属的人体模型的关联信息生成携带穿刺针部分轨迹的手术导板；
[0013]基于3D打印技术打印手术导板；
[0014]或者，
[0015]接收生成手术导板的指令后，依据穿刺针的动态位置信息、每一位置信息所属的人体模型的关联信息生成携带穿刺针部分轨迹的手术导板，并自动化生成计量规划报告；
[0016]基于3D打印技术打印手术导板。
[0017]可选地，S1包括：
[0018]S11、基于指定的DICOM图像的大小和层间距，采用体绘制方式构建人体结构的可视化部位，所述可视化部位包括多角度用于切割展示的横切面视图，所述DICOM图像包括DICOM格式的CT图像，且人体结构的可视化部位为与CT图像中人体比例相同的模型；
[0019]S12、获取多角度的人体皮肤图像，对所述人体皮肤图像的深度图像和彩色图像进行预处理，并经过图像增强、点云计算与配准、数据融合和表面生成过程，完成人体结构的可视化部位中皮肤的三维重建，获得全方位表面皮肤的皮肤模型覆盖在可视化部位上作为三维立体的人体模型；
[0020]或者，
[0021]S11a、基于指定的DICOM图像的大小和层间距，采用体绘制方式构建人体结构的可视化部位，所述可视化部位包括多角度用于切割展示的横切面视图，所述DICOM图像包括DICOM格式的CT图像，且人体结构的可视化部位为与CT图像中人体比例相同的模型，该可视化部位包括人体组织的病态区域，将可视化部位作为人体模型。
[0022]可选地，S11或S11a包括：
[0023]基于指定的DICOM图像，提取所述DICOM图像的数据，并对提取的数据进行预处理，并采用着色逻辑，对预处理后的各数据进行着色，以及根据光线投射算法对着色的数据进行三维可视化处理，借助于调节算法对应的人体参数，选择三维可视化处理中人体结构可视化部位。
[0024]可选地，S2包括：
[0025]S21、采用TriLib包的方式将人体模型以二进制文件的形式导入Unity3D平台的虚拟仿真系统并解析人体模型，以在虚拟仿真系统中构建人体模型；
[0026]S22、借助于VR的辅助设备，在虚拟仿真系统中进行人体模型的手术操作，使得虚拟仿真系统中的手术器材模型和人体模型进行交互，实现基于人体模型模拟的粒子穿刺手术。
[0027]可选地，所述S22包括：
[0028]借助于手柄调整光透射的深度和/或路径长度以修改虚拟仿真系统中的人体模型，或者显示人体模型的不同部位；
[0029]或者，
[0030]借助于手柄修改光线透射的路径显示人体模型的横截面；
[0031]或者，
[0032]输入用于调节人体模型的参数以调整所述人体模型，获取人体模型中对应病变组织的信息并可视化定位；
[0033]或者，
[0034]借助于手柄操作手术器材模型中的穿刺针以插入人体模型中，以及调节人体模型显示的深度模拟人体模型存在皮肤和无皮肤的穿刺针的插入位置信息。
[0035]可选地，S21还包括：
[0036]若虚拟仿真系统中构建的人体模型无皮肤信息，则接收用户触发的增加皮肤信息的指令，则依据预先获取的多角度的人体皮肤图像，通过调节体绘制阈值获取皮肤表面顶点数据，以及在Unity引擎内对人体模型中需要增加皮肤的皮肤区域进行标记，以确定待手术区域的皮肤点集，并基于泊松重建算法完成重建。
[0037]可选地，S4包括：
[0038]若虚拟仿真系统中穿刺手术模拟完成，则接收用户触发的生成手术导板的指令，获取穿刺针的各项信息、穿刺针的位置和对应的皮肤范围，采用泊松重建算法和轮廓提取算法以及网格缝合算法来生成用于打印的手术导板；
[0039]其中手术导板对应人体中需要手术的部位，且该手术导板上显示有穿刺针的角度、长度、深度和进针孔的信息。
[0040]可选地，S4具体包括：
[0041]依据获取的穿刺针的动态位置信息，获取穿刺针所经过的预设范围的皮肤范围，将动态位置信息和皮肤范围所属的网格的存储规则，筛选用于生成手术导板的边界轮廓；
[0042]针对筛选的边界轮廓，采用三角拼接的方法进行缝合并添加穿刺针的角度、长度、深度和进针孔的信息；
[0043]去除重复的网格，生成用于打印的手术导板。
[0044]第二方面，本专利技术实施例还提供一种计算设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，具体执行上述第一方面任一所述的基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法。
[0045](三)有益效果
[0046]本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法中采用VR结合粒子穿刺手术可以在虚拟场景中对手术进行预演和规划，模拟真实手术过程的视觉和触觉，主要功能模块包括可视化建模、触感、导板生成等，操作员(如医生)可以在虚拟场景中进行模拟手术，并且在手术模拟结束后生成三维导板，提前为医生规划手术过程中穿刺针的位置、角度以及深度，从而极大地增加了穿刺的精确度，减小了相应的手术风险本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实技术的穿刺手术模拟方法，其特征在于，包括：S1、基于指定的DICOM图像，在虚拟场景中构建三维立体的人体模型，所述人体模型为与真实人体比例相同的模型；S2、借助于虚拟仿真系统的辅助设备，接收操作员对虚拟仿真系统中所述人体模型的操作指令并执行，以实现基于人体模型模拟粒子穿刺手术；S3、依据执行的操作指令的轨迹，获取用于评价的粒子穿刺手术中穿刺针的动态位置信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：S4、接收生成手术导板的指令后，依据穿刺针的动态位置信息、每一位置信息所属的人体模型的关联信息生成携带穿刺针部分轨迹的手术导板；基于3D打印技术打印手术导板；或者，接收生成手术导板的指令后，依据穿刺针的动态位置信息、每一位置信息所属的人体模型的关联信息生成携带穿刺针部分轨迹的手术导板，并自动化生成计量规划报告；基于3D打印技术打印手术导板。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1包括：S11、基于指定的DICOM图像的大小和层间距，采用体绘制方式构建人体结构的可视化部位，所述可视化部位包括多角度用于切割展示的横切面视图，所述DICOM图像包括DICOM格式的CT图像，且人体结构的可视化部位为与CT图像中人体比例相同的模型；S12、获取多角度的人体皮肤图像，对所述人体皮肤图像的深度图像和彩色图像进行预处理，并经过图像增强、点云计算与配准、数据融合和表面生成过程，完成人体结构的可视化部位中皮肤的三维重建，获得全方位表面皮肤的皮肤模型覆盖在可视化部位上作为三维立体的人体模型；或者，S11a、基于指定的DICOM图像的大小和层间距，采用体绘制方式构建人体结构的可视化部位，所述可视化部位包括多角度用于切割展示的横切面视图，所述DICOM图像包括DICOM格式的CT图像，且人体结构的可视化部位为与CT图像中人体比例相同的模型，该可视化部位包括人体组织的病态区域，将可视化部位作为人体模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S11或S11a包括：基于指定的DICOM图像，提取所述DICOM图像的数据，并对提取的数据进行预处理，并采用着色逻辑，对预处理后的各数据进行着色，以及根据光线投射算法对着色的数据进行三维可视化处理，借助于调节算法对应的人体参数，选择三维可视化处理中人体结构可视化部位。5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃文军，杨广强，郭辉，王喆，王若雨，刘丽影，田松，
申请(专利权)人：大连大学附属中山医院，
类型：发明
国别省市：