肾脏虚拟手术方法及其系统技术方案

本发明专利技术适用于虚拟手术技术领域，提供了一种肾脏虚拟手术方法及其系统，所述方法包括如下步骤：A、对处于预设体位的患者进行CT扫描，获取所述患者的CT扫描数据；B、从所述患者的CT扫描数据中分别提取与所述患者的肾脏相关的多个组织和/或器官；C、将所述多个组织和/或器官进行三维几何模型重建，并建立所述多个组织和/或器官之间的三维空间关系；D、根据所述三维空间关系确定在所述患者皮肤上的穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。借此，本发明专利技术可以在患者腰部建立一条从皮肤到肾脏的准确通道，实现对患者肾脏的虚拟手术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及虚拟手术
，尤其涉及一种肾脏虚拟手术的方法及其系统。
技术介绍
虚拟手术技术是指利用各种医学影像数据，利用虚拟现实技术在计算机中建立一个模拟环境，医生借助虚拟环境中的信息进行手术计划、训练，以及实际手术过程中引导手术的新兴学科。人体肾脏的手术包括经皮肾镜取石术，具体的是在腰部建立一条从皮肤到肾脏的通道，通过这个通道把肾镜插入肾脏，利用激光、超声等碎石工具，把肾结石击碎取出。即所谓的“打孔取石”。该技术的难点就在于如何建立从皮肤到肾脏的通道，由于该技术方案是直接在病人身上找通道，一旦通道不准确，不但手术不成功，而且还可能在建立通道时,碰到肾动脉,此时病人有很大风险。另外在现有技术中，螺旋CT引导下经皮肾镜治疗复杂性肾结石，即在螺旋CT引导 下建立微创经皮肾通道，使用气压弹道击碎结石。该技术充分发挥螺旋CT三维成像的直观优势，但其缺点在于该技术在实施过程中需搬运患者，过程繁琐，而且患者接受放射线剂量较大。上述肾脏手术技术难以取得稳定的技术效果。因此，若能够在肾脏手术之前进行虚拟手术的实践，可以提升手术的成功效率。但是，在现有技术中尚未有对肾脏进行虚拟手术的技术存在。综上可知，现有的肾脏手术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
技术实现思路
针对上述的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种肾脏虚拟手术方法及其系统，以在患者腰部建立一条从皮肤到肾脏的准确通道，实现对患者肾脏的虚拟手术。为了实现上述目的，本专利技术提供一种肾脏虚拟手术方法，所述方法包括如下步骤A、对处于预设体位的患者进行CT扫描，获取所述患者的CT扫描数据；B、从所述患者的CT扫描数据中分别提取与所述患者的肾脏相关的多个组织和/或器官；C、将所述多个组织和/或器官进行三维几何模型重建，并建立所述多个组织和/或器官之间的三维空间关系；D、根据所述三维空间关系确定在所述患者皮肤上的穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。根据所述的肾脏虚拟手术方法，在步骤D之后包括根据所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道，模拟对所述患者的肾脏手术过程。根据所述的肾脏虚拟手术方法，在所述步骤A中，所述患者处于俯卧的体位；所述步骤B包括BI、将所述患者的CT扫描数据导入计算机系统；B2、采用图像分割算法将所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨分别从所述CT扫描数据中提取出来；所述步骤C包括Cl、将所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨进行三维几何模型重建；C2、对三维几何模型重建后的所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨分别设置不同的颜色；C3、设置所述患者的皮肤及肾的透明度； 所述步骤D中，通过仿真手术器械在所述患者皮肤上确定穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。根据所述的肾脏虚拟手术方法，在所述步骤B2中，将所述患者的皮肤从所述CT扫描数据中提取出来的步骤包括计算所述CT扫描数据中的CT断层数据的梯度场；从所述梯度场边缘向内部搜索，在所述搜索的过程中寻找碰到的第一个高梯度点，以所述第一个高梯度点为种子点进行轮廓跟踪，获得所述患者皮肤上所有点的集合；从所述所有点的集合中直接提取获得不封闭的皮肤；或者将所述所有点的集合包围的整个空间区域提取出来，获得封闭的皮肤。根据所述的肾脏虚拟手术方法，在所述步骤B2中，将所述患者的肾、肾盂区、结石从所述CT扫描数据中提取出来的步骤包括在所述CT扫描数据中的CT断层数据上选择一系列的种子点；基于所述种子点作阈值连通计算；以所述阈值连通计算的结果作为演化算法的输入进行演化，提取出所述患者的肾、肾盂区、结石；和/或在所述步骤B2中，将所述患者的腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨从所述CT扫描数据中提取出来的步骤包括在所述CT扫描数据中的CT断层数据上选择一系列的种子点；基于所述种子点作阈值连通计算，并调节所述阈值上下限；实时显示对应于所述阈值上下限的连通区域；根据调节得到的所述阈值上下限提取出所述患者的腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨。为了实现本专利技术的另一专利技术目的，本专利技术还提供了一种肾脏虚拟手术的系统，所述系统包括扫描模块，用于对处于预设体位的患者进行CT扫描，获取所述患者的CT扫描数据；提取模块，用于从所述患者的CT扫描数据中分别提取与所述患者的肾脏相关的多个组织和/或器官；三维几何模型重建模块，用于将所述多个组织和/或器官进行三维几何模型重建，并建立所述多个组织和/或器官之间的三维空间关系；通道建立模块，用于根据所述三维空间关系确定在所述患者皮肤上的穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。根据所述的系统，所述系统还包括模拟模块，用于根据所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道，模拟对所述患者的肾脏手术过程。根据所述的系统，所述预设体位为所述患者处于俯卧的体位；所述提取模块包括导入子模块，用于将所述患者的CT扫描数据导入计算机系统；提取子模块，用于采用图像分割算法将所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨分别从所述CT扫描数据中提取出来； 所述三维几何模型重建模块包括三维几何模型重建子模块，用于将所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨进行三维几何模型重建；颜色设置子模块，用于对三维几何模型重建后的所述患者的皮肤、肾、肾盂区、结石、腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨分别设置不同的颜色；透明度设置子模块，用于设置所述患者的皮肤及肾的透明度；所述通道建立模块包括仿真手术器械，所述通道建立模块通过所述仿真手术器械在所述患者皮肤上确定穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。根据所述的系统，所述提取子模块包括第一计算单元，用于计算所述CT扫描数据中的CT断层数据的梯度场；第一搜索单元，用于从所述梯度场边缘向内部搜索，在所述搜索的过程中寻找碰到的第一个高梯度点，以所述第一个高梯度点为种子点进行轮廓跟踪，获得所述患者皮肤上所有点的集合；第一提取单元，用于从所述所有点的集合中直接提取获得不封闭的皮肤；第二提取单元，用于将所述所有点的集合包围的整个空间区域提取出来，获得封闭的皮肤。根据所述的系统，所述提取子模块包括第二选择单元，用于在所述CT扫描数据中的CT断层数据上选择一系列的种子占.第二计算单元，用于基于所述种子点作阈值连通计算；第三提取单元，用于以所述阈值连通计算的结果作为演化算法的输入进行演化，提取出所述患者的肾、肾盂区、结石；和/或所述提取子模块包括第三选择单元，用于在所述CT扫描数据中的CT断层数据上选择一系列的种子占.第三计算单元，用于基于所述种子点作阈值连通计算，并调节所述阈值上下限；显示单元，用于实时显示对应于所述阈值上下限的连通区域；第四提取单元，用于根据调节得到的所述阈值上下限提取出所述患者的腹主动脉、静脉、肾内动脉、脊椎及肋骨。本专利技术通过对处于预设体位的患者进行CT扫描，获取所述患者的CT扫描数据；然后从所述患者的CT扫描数据中分别提取与所述患者的肾脏相关的多个组织和/或器官；接着将所述多个组织和/或器官进行三维几何模型重建，并建立所述多个组织和/或器官之间的三维空间关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种肾脏虚拟手术方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：A、对处于预设体位的患者进行CT扫描，获取所述患者的CT扫描数据；B、从所述患者的CT扫描数据中分别提取与所述患者的肾脏相关的多个组织和/或器官；C、将所述多个组织和/或器官进行三维几何模型重建，并建立所述多个组织和/或器官之间的三维空间关系；D、根据所述三维空间关系确定在所述患者皮肤上的穿刺角度和深度，建立从所述患者皮肤到所述患者的肾脏的通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶建平，王卫平，涂云霞，郭李云，
申请(专利权)人：深圳市旭东数字医学影像技术有限公司，
类型：发明
国别省市：