[发明专利]肾脏虚拟手术方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟手术技术领域，尤其涉及一种肾脏虚拟手术的方法及其系统。

背景技术

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。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明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，本发明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：

B1、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：

C1、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；