超声引导气管镜的操作模拟方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种超声引导气管镜的操作模拟方法和系统，通过第一控制器的位置和姿态控制超声探测器模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到探测范围中的三维模型的切面图像；通过第二控制器的位置和姿态控制穿刺针模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到探测范围中的穿刺针模型的图像；判断穿刺针模型是否完全位于探测范围中，或者判断穿刺针模型与超声波输出方向的夹角是否大于预设值，在判断结果为否的情况下，根据穿刺针模型和超声探测器模型的位置、姿态计算穿刺针模型需要调整的位置、姿态偏移量，并进行提示。本发明专利技术实现了对医生的超声引导操作模拟，有效帮助医生找到具有较佳显示效果的穿刺角度、位置。位置。位置。

【技术实现步骤摘要】
超声引导气管镜的操作模拟方法和系统


[0001]本专利技术涉及教学展示领域，具体地，涉及一种超声引导气管镜的操作模拟方法和系统。

技术介绍

[0002]穿刺治疗术是目前较为常见的手术方法，由于人体结构各有差异，体位的不同还会导致内部结构的变化，所以医生靠经验和对解剖学的理解直接从体表穿刺的难度和风险都是较大的，而利用超声成像技术对穿刺进行实时引导可以有效帮助医生降低手术难度和风险。
[0003]专利文献CN103268726A公开了一种超声引导针穿刺手术模拟训练系统，该系统可以有效帮助医生提高穿刺的操作熟练度。然而，即使已经有了超声引导穿刺技术，但是该技术并非较为成熟，超声引导穿刺仍然存在一定的风险，其原因一部分在于进行超声引导穿刺时通常会遇到如下两个非医学专业领域的难题：1、穿刺针对超声波的反射，导致超声探头接收到的超声波减少，因此显影困难；2、穿刺针与超声成像切面不重合，导致超声图像显示不了或者显示不全穿刺针。专利文献CN103268726A只能提升医生的操作手感，但并不能帮助医生解决上述两个难题，因此，医生仍然需要其他的模拟训练，帮助其找到准确且便于显影的角度、位置。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种超声引导气管镜的操作模拟方法和系统。
[0005]根据本专利技术提供的一种超声引导气管镜的操作模拟方法，包括：
[0006]三维模型导入步骤：在VR/AR环境中导入待穿刺对象的三维模型、穿刺针模型以及超声探测器模型，所述超声探测器模型具有一探测端，所述探测端具有一不可见的、向外延伸的探测范围；
[0007]超声模拟步骤：通过第一控制器的位置和姿态控制所述超声探测器模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述三维模型的切面图像；
[0008]穿刺模拟步骤：通过第二控制器的位置和姿态控制所述穿刺针模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述穿刺针模型的图像；
[0009]图像展示步骤：将所述三维模型的切面图像和所述三维模型的切面图像和所述穿刺针模型的图像进行融合展示；
[0010]所述超声引导气管镜的操作模拟方法，还包括：
[0011]专项训练步骤：若所述穿刺针模型没有完全位于所述探测范围中，或者所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角没有大于预设值，则将所述待穿刺对象的三维模型进行简化，得到简化后待穿刺对象的三维模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；和/或
[0012]提示步骤：判断所述穿刺针模型是否完全位于所述探测范围中，或者判断所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角是否大于预设值，在判断结果为否的情况下，根据所述穿刺针模型和所述超声探测器模型的位置、姿态计算所述穿刺针模型需要调整的位置、姿态偏移量，并进行提示。
[0013]优选地，所述三维模型中具有一个或多个病灶区域。
[0014]在所述专项训练步骤中，包括：
[0015]步骤A：首先将三维模型简化为第一简化模型，第一简化模型由规则结构构成，得到第一简化模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；
[0016]对于第一简化模型对应的切面图像，若所述穿刺针模型完全位于所述探测范围中，且所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角大于预设值，则触发步骤B执行；否则，则重新触发步骤A执行；
[0017]步骤B：将三维模型简化为第二简化模型，第二简化模型由所述三维模型的灰模构成，得到第二简化模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；
[0018]对于第二简化模型对应的切面图像，若所述穿刺针模型完全位于所述探测范围中，且所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角大于预设值，则触发步骤C执行；否则，则重新触发步骤A执行；
[0019]步骤C：得到所述三维模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；若所述穿刺针模型没有完全位于所述探测范围中，或者所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角没有大于预设值，则返回触发步骤B执行；否则，则认为使用者操作正确。
[0020]优选地，所述探测范围为多层结构，所述多层结构包括中心层，以及位于所述中心层两侧的侧边层；
[0021]所述切面图像为所述三维模型在所述中心层中的切面图像；
[0022]所述穿刺针模型的图像为所述穿刺针模型在所述多层结构中的图像，且所述穿刺针模型偏离所述中心层距离远的部分在所述穿刺针模型的图像中显示更细、颜色更浅。
[0023]优选地，所述穿刺针模型中设置有两个或更多探测点，通过判断所述探测点是否全部位于所述探测范围中，来判断所述穿刺针模型是否完全位于所述探测范围中。
[0024]优选地，所述图像展示步骤包括将融合图像在所述VR/AR环境中进行展示。
[0025]根据本专利技术提供的一种超声引导气管镜的操作模拟系统，包括：
[0026]三维模型导入模块：在VR/AR环境中导入待穿刺对象的三维模型、穿刺针模型以及超声探测器模型，所述超声探测器模型具有一探测端，所述探测端具有一不可见的、向外延伸的探测范围；
[0027]超声模拟模块：通过第一控制器的位置和姿态控制所述超声探测器模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述三维模型的切面图像；
[0028]穿刺模拟模块：通过第二控制器的位置和姿态控制所述穿刺针模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述穿刺针模型的图像；
[0029]图像展示模块：将所述三维模型的切面图像和所述三维模型的切面图像和所述穿刺针模型的图像进行融合展示；
[0030]所述超声引导气管镜的操作模拟系统，还包括：
[0031]专项训练模块：若所述穿刺针模型没有完全位于所述探测范围中，或者所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角没有大于预设值，则将所述待穿刺对象的三维模型进行简化，得到简化后待穿刺对象的三维模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；和/或
[0032]提示模块：判断所述穿刺针模型是否完全位于所述探测范围中，或者判断所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角是否大于预设值，在判断结果为否的情况下，根据所述穿刺针模型和所述超声探测器模型的位置、姿态计算所述穿刺针模型需要调整的位置、姿态偏移量，并进行提示。
[0033]优选地，所述三维模型中具有一个或多个病灶区域。
[0034]在所述专项训练模块中，包括：
[0035]模块A：首先将三维模型简化为第一简化模型，第一简化模型由规则结构构成，得到第一简化模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；
[0036]对于第一简化模型对应的切面图像，若所述穿刺针模型完全位于所述探测范围中，且所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角大于预设值，则触发模块B执行；否则，则重新触发模块A执行；
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声引导气管镜的操作模拟方法，其特征在于，包括：三维模型导入步骤：在VR/AR环境中导入待穿刺对象的三维模型、穿刺针模型以及超声探测器模型，所述超声探测器模型具有一探测端，所述探测端具有一不可见的、向外延伸的探测范围；超声模拟步骤：通过第一控制器的位置和姿态控制所述超声探测器模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述三维模型的切面图像；穿刺模拟步骤：通过第二控制器的位置和姿态控制所述穿刺针模型在VR/AR环境中的位置和姿态，截取得到所述探测范围中的所述穿刺针模型的图像；图像展示步骤：将所述三维模型的切面图像和所述三维模型的切面图像和所述穿刺针模型的图像进行融合展示；所述超声引导气管镜的操作模拟方法，还包括：专项训练步骤：若所述穿刺针模型没有完全位于所述探测范围中，或者所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角没有大于预设值，则将所述待穿刺对象的三维模型进行简化，得到简化后待穿刺对象的三维模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；和/或提示步骤：判断所述穿刺针模型是否完全位于所述探测范围中，或者判断所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角是否大于预设值，在判断结果为否的情况下，根据所述穿刺针模型和所述超声探测器模型的位置、姿态计算所述穿刺针模型需要调整的位置、姿态偏移量，并进行提示。2.根据权利要求1所述的超声引导气管镜的操作模拟方法，其特征在于，所述三维模型中具有一个或多个病灶区域；在所述专项训练步骤中，包括：步骤A：首先将三维模型简化为第一简化模型，第一简化模型由规则结构构成，得到第一简化模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；对于第一简化模型对应的切面图像，若所述穿刺针模型完全位于所述探测范围中，且所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角大于预设值，则触发步骤B执行；否则，则重新触发步骤A执行；步骤B：将三维模型简化为第二简化模型，第二简化模型由所述三维模型的灰模构成，得到第二简化模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；对于第二简化模型对应的切面图像，若所述穿刺针模型完全位于所述探测范围中，且所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角大于预设值，则触发步骤C执行；否则，则重新触发步骤A执行；步骤C：得到所述三维模型对应的切面图像，提示使用者重新操作控制所述穿刺针模型进行穿刺；若所述穿刺针模型没有完全位于所述探测范围中，或者所述穿刺针模型与超声波输出方向的夹角没有大于预设值，则返回触发步骤B执行；否则，则认为使用者操作正确。3.根据权利要求1所述的超声引导气管镜的操作模拟方法，其特征在于，所述探测范围为多层结构，所述多层结构包括中心层，以及位于所述中心层两侧的侧边层；所述切面图像为所述三维模型在所述中心层中的切面图像；所述穿刺针模型的图像为所述穿刺针模型在所述多层结构中的图像，且所述穿刺针模
型偏离所述中心层距离远的部分在所述穿刺针模型的图像中显示更细、颜色更浅。4.根据权利要求1所述的超声引导气管镜的操作模拟方法，其特征在于，所述穿刺针模型中设置有两个或更多探测点，通过判断所述探测点是否全部位于所述探测范围中，来判断所述穿刺针模型是否完全位于所述探测范围中。5.根据权利要求1所述的超声引导气管镜的操作模拟方法，其特征在于，所述图像展示步骤包括将融合图像在所述VR/AR环境中进行展示。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：马元，孙培莉，宋玮，李君兰，
申请(专利权)人：马元，
类型：发明
国别省市：