[发明专利]一种模拟气管内插管术的方法及系统

说明书

本发明属于手术仿真相关技术领域，并公开了一种模拟气管内插管术的方法及系统。该方法包括下列步骤：S1构建人体头部和颈部、喉镜和导管的三维网格化模型；S2调整人体三维仿真网格模型的角度和位置，移动喉镜的三维模型和导管进入口腔中实现内插管，其中，进入过程中，分别判断喉镜和导管是否与口腔内的组织发生碰撞，当碰撞发生时，计算发生碰撞部位的变形量和受到的力；S3将碰撞部位的变形量和受到的力进行反馈和呈现。通过本发明，实现模拟气管内插管术的虚拟手术，有效规避现有技术中手术物资匮乏和手术风险，促进现有医学水平发展。

技术领域

本发明属于手术仿真相关技术领域，更具体地，涉及一种模拟气管内插管术的方法及系统。

背景技术

气管插管是将一特制的气管内导管通过口腔或鼻腔，经声门置入气管或支气管内的方法，为呼吸道通畅、通气供氧、呼吸道吸引等提供最佳条件，是抢救呼吸功能障碍患者的重要措施。为了提高插管成功几率，通常需要提前进行模拟，手术仿真应需而生。临床医生传统练习与研究的对象主要为人造人体模型、尸体标本、动物与病人等。其中人造人体模型真实感不足，尸体标本有限且特性与活体有异，动物组织结构与人差异大，而以病人为练习与研究对象，增加了病人的风险，医生亦可能承担法律与道德风险。随着社会进步、患者维权意识增强，基于虚拟现实技术的手术仿真发展至成熟阶段不仅可解决上述问题，亦可重复操作演练，还可将手术数据与操作过程记录交流与评价等。基于虚拟/混合现实技术的虚拟手术技术可模拟真实临床环境，可用于医生培训、手术预演与辅助制定方案、手术导航与远程手术等，对于促进医疗水平的发展具有重要意义。

虚拟手术是指利用医学生物信息、计算机虚拟现实技术与机器人触觉技术等为医疗工作者提供一个虚拟且逼真的手术场景，医生可借助该场景进行手术训练、预演以及方案制定等积累经验，掌握技巧，以便在实际的手术操作过程中完成复杂的手术操作，为病患减少手术后的痛苦和手术风险。国外由于医用尸体的短缺以及对动物的保护，外科医生的训练手段相当有限，因而虚拟手术已经非常普遍，且已成为临床培训的主流方式。目前国内外科手术训练通常是在尸体、动物或人工合成物(如硅胶)等进行，费用昂贵且在医学伦理道德上越来越受到限制。相比之下，虚拟手术具有手术环境及器械响应可控，可重复演练等多项优点，成为未来外科培训的趋势。利用虚拟手术系统，医生可以在对病人实施复杂手术之前进行预演、对手术作出相应规划，或对病变缺损部位进行较精确的前期测量和估算，从而预见手术的复杂性。

运用虚拟现实/混合现实技术可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内，可以通过视、听、触觉感知并学习各种手术实际操作，预演并学习如何应付临床手术中的各类突发情况，使非熟练人员进行手术的风险性大大降低，对提高医学教育的效率和质量以及改善医学手术水平发展不平衡的现状有着特殊的意义。因此开发轻量级的虚拟现实手术仿真系统，拓展临床医生手术训练方式具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟气管内插管术的方法及系统，其中通过提供一种基于虚拟仿真人体模型的可视化可观察人体组织内部结构，并通过视觉和触觉提供实验沉浸感强的气管内插管术的模拟训练方法与系统，实现模拟气管内插管术的虚拟手术，有效规避现有技术中手术物资匮乏和手术风险，促进现有医学水平发展。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种模拟气管内插管术的方法，该方法包括下列步骤：

S1构建人体头部和颈部、喉镜和导管的三维网格化模型，以此获得人体三维网格模型以及喉镜和导管的三维模型；

S2调整所述人体三维仿真网格模型的角度和位置，移动所述喉镜的三维模型使其进入所述人体三维仿真网格模型的口腔中直至使得口腔中的声门，移动所述导管的三维模型使其进入声门，然后将导管插入气管中，以此实现所述人体三维仿真网格模型气管的内插管，其中，在所述喉镜进入所述口腔的过程中，判断所述喉镜是否与口腔内的组织发生碰撞，所述导管进入所述口腔的过程中，判断所述导管是否与喉镜和口腔内的组织发生碰撞，当碰撞发生时，计算发生碰撞部位的组织的变形量和受到的力；