手术路径规划方法、系统、设备、介质和手术操作系统技术方案

本发明专利技术公开了一种手术路径规划方法、系统、设备、介质和手术操作系统，该方法包括：基于目标对象的关联参数构建数字孪生人体模型；获取目标对象的当前轮廓信息构建人体三维模型；对数字孪生人体模型和人体三维模型进行配准，获取配准结果；确定数字孪生人体模型中目标器官的初始手术路径规划；将初始手术路径规划转换为人体三维模型中目标器官对应的目标手术路径规划。本发明专利技术采用基于元宇宙的3D数字孪生人体模型的介入手术规划，有效地提高了介入手术路径规划确定的精度和效率，保障了后续实际手术执行的安全性和可靠性，简化了从手术规划到手术执行的介入手术全工作流程，提升了医生手术规划的观感和体验，避免了不必要的误差和辐射危害。差和辐射危害。差和辐射危害。

【技术实现步骤摘要】
手术路径规划方法、系统、设备、介质和手术操作系统


[0001]本专利技术涉及手术控制
，特别涉及一种基于元宇宙的介入手术路径规划方法、系统、设备、介质和手术操作系统。

技术介绍

[0002]介入穿刺手术的一般步骤为根据患者术前CT(电子计算机断层扫描)影像进行图像分析、分割出组织和病灶、根据组织和病灶位置指定手术计划，手术计划包括穿刺的入针点位置及靶点位置。然后医生根据手术计划执行介入穿刺手术。医生在执行穿刺过程中，穿刺针进入患者体内一段距离后，医生会将患者移动至CT孔径内进行穿刺部位扫描，根据扫描结果判断穿刺针的位置是否有偏离；该过程根据医生的经验和手术的复杂程度不同，需要扫描的次数会不同。经验丰富的医生或简单的手术，可能中途只需要扫一次；反之，需要多次扫描确认。然后将患者移出CT孔径，再接着进行穿刺或路径调整。最后医生根据自己的判断认为针尖已经到达靶点了，就停止穿刺，再进行CT扫描确认。如果没有到达预期靶点位置，需要再穿刺、再扫描确认，重复执行上述操作。
[0003]因此，上述传统的介入手术，依赖医生基于患者的影像数据进行手术规划，存在视觉上不够直观、易造成规划路径经过重要器官或组织(如血管)的风险，且存在规划精度和效率较低等问题。另外，在执行穿刺手术过程中，需借助CT等影像设备来确认穿刺针是否按计划方向，穿刺针针尖是否到达目标位置，增加了医生和患者遭受辐射危害的风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中介入手术的路径规划依赖医生人为地基于患者的影像数据进行手术规划，存在规划精度和效率较低的问题，且存在医生和患者易遭受辐射危害的风险的缺陷，提供一种基于元宇宙的介入手术路径规划方法、系统、设备、介质和手术操作系统。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]本专利技术提供一种基于元宇宙的介入手术路径规划方法，所述介入手术路径规划方法包括：
[0007]基于目标对象的关联参数，构建所述目标对象的数字孪生人体模型，所述数字孪生人体模型对应所述目标对象的实际状态；
[0008]获取所述目标对象的当前轮廓信息，构建人体三维模型；
[0009]对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行配准，获取配准结果；
[0010]基于所述关联参数，确定配准后的所述数字孪生人体模型中目标器官对应的初始手术路径规划；
[0011]根据所述配准结果，将所述初始手术路径规划转换为所述人体三维模型中所述目标器官对应的目标手术路径规划。
[0012]较佳地，所述基于目标对象的关联参数，构建所述目标对象的数字孪生人体模型
的步骤包括：
[0013]基于所述目标对象的各个组织器官的影像数据和/或生理状态数据，构建所述目标对象的初始人体模型；
[0014]获取所述目标对象的动作状态数据；
[0015]将所述动作状态数据融合至所述初始人体模型，构建所述目标对象的所述数字孪生人体模型；
[0016]和/或，
[0017]所述获取所述目标对象的当前轮廓信息，构建人体三维模型的步骤包括：
[0018]采用结构光相机采集所述目标对象的所述当前轮廓信息；
[0019]基于所述当前轮廓信息构建所述人体三维模型。
[0020]较佳地，所述基于所述关联参数，构建所述目标对象的初始人体模型的步骤包括：
[0021]基于所述关联参数，采用容积重建方法构建所述目标对象的所述初始人体模型。
[0022]较佳地，所述对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行配准，获取配准结果的步骤包括：
[0023]对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行刚性变换，直至将所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型刚性变换至同一位置和姿态；
[0024]对所述人体三维模型进行弹性形变处理；
[0025]将所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果。
[0026]较佳地，所述对所述人体三维模型进行弹性形变处理的步骤包括：
[0027]采用径向基函数对所述人体三维模型进行弹性形变处理；
[0028]和/或，
[0029]所述对所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果的步骤包括：
[0030]采用非刚性配准算法将所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果。
[0031]较佳地，所述确定配准后的所述数字孪生人体模型中目标器官对应的初始手术路径规划的步骤之后、所述根据所述配准结果，将所述初始手术路径规划转换为所述人体三维模型中所述目标器官对应的目标手术路径规划的步骤之前还包括：
[0032]基于所述初始手术路径规划模拟手术执行过程并获取模拟结果；
[0033]在所述模拟结果表征模拟成功时，则执行所述根据所述配准结果，将所述初始手术路径规划转换为所述人体三维模型中所述目标器官对应的目标手术路径规划的步骤；
[0034]在所述模拟结果表征模拟不成功时，则修正所述初始手术路径规划，直至对应的所述模拟结果表征模拟成功。
[0035]本专利技术还提供一种基于元宇宙的介入手术路径规划系统，所述介入手术路径规划系统包括：
[0036]数字孪生模型构建模块，用于基于目标对象的关联参数，构建所述目标对象的数字孪生人体模型，所述数字孪生人体模型对应所述目标对象的实际状态；
[0037]人体三维模型构建模块，用于获取所述目标对象的当前轮廓信息，构建人体三维
模型；
[0038]配准结果获取模块，用于对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行配准，获取配准结果；
[0039]初始手术路径规划模块，用于基于所述关联参数，确定配准后的所述数字孪生人体模型中目标器官对应的初始手术路径规划；
[0040]目标手术路径规划模块，用于根据所述配准结果，将所述初始手术路径规划转换为所述人体三维模型中所述目标器官对应的目标手术路径规划。
[0041]较佳地，所述数字孪生模型构建模块包括：
[0042]初始人体模型构建单元，用于基于所述目标对象的各个组织器官的影像数据和/或生理状态数据，构建所述目标对象的初始人体模型；
[0043]动作状态数据获取单元，用于获取所述目标对象的动作状态数据；
[0044]数字孪生人体模型构建单元，用于将所述动作状态数据融合至所述初始人体模型，构建所述目标对象的所述数字孪生人体模型；
[0045]和/或，
[0046]所述人体三维模型构建模块包括：
[0047]轮廓信息采集单元，用于采用结构光相机采集所述目标对象的所述当前轮廓信息；
[0048]人体三维模型构建单元，用于基于所述当前轮廓信息构建所述人体三维模型。
[0049]较佳地，所述初始人体模型构建单元用于基于所述关联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于元宇宙的介入手术路径规划方法，其特征在于，所述介入手术路径规划方法包括：基于目标对象的关联参数，构建所述目标对象的数字孪生人体模型，所述数字孪生人体模型对应所述目标对象的实际状态；获取所述目标对象的当前轮廓信息，构建人体三维模型；对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行配准，获取配准结果；基于所述关联参数，确定配准后的所述数字孪生人体模型中目标器官对应的初始手术路径规划；根据所述配准结果，将所述初始手术路径规划转换为所述人体三维模型中所述目标器官对应的目标手术路径规划。2.如权利要求1所述的基于元宇宙的介入手术路径规划方法，其特征在于，所述基于目标对象的关联参数，构建所述目标对象的数字孪生人体模型的步骤包括：基于所述目标对象的各个组织器官的影像数据和/或生理状态数据，构建所述目标对象的初始人体模型；获取所述目标对象的动作状态数据；将所述动作状态数据融合至所述初始人体模型，构建所述目标对象的所述数字孪生人体模型；和/或，所述获取所述目标对象的当前轮廓信息，构建人体三维模型的步骤包括：采用结构光相机采集所述目标对象的所述当前轮廓信息；基于所述当前轮廓信息构建所述人体三维模型。3.如权利要求2所述的基于元宇宙的介入手术路径规划方法，其特征在于，所述基于所述关联参数，构建所述目标对象的初始人体模型的步骤包括：基于所述关联参数，采用容积重建方法构建所述目标对象的所述初始人体模型。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的基于元宇宙的介入手术路径规划方法，其特征在于，所述对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行配准，获取配准结果的步骤包括：对所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型进行刚性变换，直至将所述数字孪生人体模型和所述人体三维模型刚性变换至同一位置和姿态；对所述人体三维模型进行弹性形变处理；将所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果。5.如权利要求4所述的基于元宇宙的介入手术路径规划方法，其特征在于，所述对所述人体三维模型进行弹性形变处理的步骤包括：采用径向基函数对所述人体三维模型进行弹性形变处理；和/或，所述对所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果的步骤包括：采用非刚性配准算法将所述数字孪生人体模型和弹性形变处理后的所述人体三维模型进行弹性配准，获取所述配准结果。
6.如权利要求1
‑
3中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，何雄一，王莹珑，贾俊华，汪国强，陈科，
申请(专利权)人：武汉联影智融医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：