[发明专利]一种基于虚拟现实的术前辅助规划装置

说明书

本发明公开了一种基于虚拟现实的术前辅助规划装置，包括医学图像可视化子系统以及术前规划子系统。其中，医学图像可视化子系统包括医学数据导入单元、脑部结构分割单元、血管分支分段单元、配准单元以及可视化模型建立单元；术前规划子系统包括视野调整单元、手术规划单元、结果存储及导出预览单元。本发明可以解决医学图像的可视化水平不一，视觉上缺乏立体感的问题。针对每个病人建立完整、清晰的可视化模型，使得术前规划具有沉浸感、直观感。

技术领域

本发明涉及电子领域及医学领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的术前辅助规划装置。

背景技术

临床手术是现代医疗的重要诊疗手段，目前复杂外科手术的实施方案。临床手术的需求量巨大。以癫痫为例，2016年在全球范围内，活动性癫痫患者比例为每1000人中有6.38名患者，而终身性癫痫患者比例为每1000人中有7.60名患者，癫痫的发病率达到每10万人中有61.44人发病，而年累积发病率达到每10万人中有67.77人发病。因此大量的癫痫病人需要通过脑科手术进行治疗。癫痫手术包括局部切除、大块脑组织切除、癫痫放电传播通路切断及兴奋过度的皮质切除等等。为准确定位病灶，明确手术切除区域，近年来，脑部深度电极植入术应运而生。通过植入脑部深度电极，分析病人脑电信号，可准确定位病灶区域。但在实际临床中，脑科手术成功率低、风险大。需要高超的手术技巧及丰富的临床经验。当经验不足的医生需要进行手术培训时，现有技术通常还停留在有经验的医生向实习医生传授临床经验，或是由实习医生观看有经验的医生进行手术的阶段。但是，手术是直接作用于病人身上，手术视野比较有限，医生更不可能透视病人脑部组织结构，，加之术中病灶常常发生形态变化，脉管结构存在复杂畸变，往往难以直观辨认。手术室配备的医疗影像设备使用复杂，往往需要配备专门的医护人员来操作仪器，使用不便，手术医生以及实习医生很难将术中所见与术前影像学图像关联起来，这种信息不对称的情形导致解剖结构辨识困难，影响术中决策，同时也影响实习医生的培训效果。

近年来，为了解决复杂手术难以有效开展的问题，结合虚拟现实和增强现实技术的最新发展，主要通过术前术中信息，建立无畸变三维立体图像，捕捉术中视野或手术动作，对术中每一阶段的生理状况进行逐一检测和融合，反馈给医生作为指导。

现有技术中，已经公开了医学专用智能头戴眼镜，使用增强现实技术，在医生做手术的过程中显示病人当前的脉搏、血压及体温等身体数据和补充资料。该设备通过蓝牙与手术室中其他监护设备连接，便携式方案起到了很好的配合作用，避免了在升级现有手术室设备时，器材过多、功能冗杂的问题，医生可以把注意力放回到病人身上，如果出现紧急情况，及时调整手术决策。但该设备只能呈现血压血氧等最简单的参生理数，对于脑部结构等复杂信息，无法有效视觉呈现。

现有技术中，还有基于腹腔镜视频进行手术导航的方法。该方法首先对腹腔镜相机进行标定，确定相机参数，并使用该参数进行3D图形渲染引擎的投影矩阵设置；获取手术对象术中的腹腔镜图像，用3D图形渲染引擎生成对应的无畸变视图，并用畸变模型使其变形为与实际腹腔镜具有同样畸变效果的虚拟视图；通过融合虚拟视图与实际腹腔镜图像，生成虚拟视图的每一个像素点的深度值，最终获得具有正确位置映射关系的精准虚拟-真实融合视频用于手术导航。但这种方法是基于术中的实时拍摄，对于术前规划并没有效果。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于虚拟现实的术前辅助规划装置。通过医学图像的三维可视化，可将CT、增强CT、MRI、DTI等医学图像转变为三维模型，展现人体器官的三维结构和形态，更具直观性。可使医生在手术前，对病人脑部结构进行充分了解，及对病灶结构、位置进行准确定位。也使得经验不够丰富的医生能够在术前进行手术操练，降低手术风险。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：

1、医学图像的可视化水平不一，视觉上缺乏立体感；

2、医学图像可视化模型的建立缺乏特异性，难以针对每个病人建立较为完整的、清晰的可视化模型；