一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法与流程

1.本发明涉及医疗临床手术技术领域，具体为一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法。


背景技术：

2.现有肿瘤微创手术完全由医生凭经验穿刺后进行治疗：首先医生根据病人肿瘤在医学影像上的位置、大小、形态和深度，规划合适的穿刺路径，然后医生凭借经验进行徒手穿刺，整个过程完全人工操作，穿刺的精准度完全依赖于医生的经验。
3.主要问题是，医生徒手穿刺手术风险较高，穿刺精准度较低导致治疗效果较差，有可能穿刺到血管、神经、重要脏器而引发医疗事故，存在发生危及患者生命安全的情况。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法，解决了现有医生徒手穿刺手术风险较高，穿刺精准度较低导致治疗效果较差，有可能穿刺到血管、神经、重要脏器而引发医疗事故，存在发生危及患者生命安全情况的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法，其所对应的设计系统是由手术计划软件、mr设备、磁导航设备、3d视觉相机和电子标签组成，所述基于混合现实的肿瘤微创治疗方法具体包括以下步骤：
8.s1、首先把患者ct、核磁设备扫描的医学影像导入手术计划软件中，并根据治疗要求规划穿刺路径；
9.s2、把由步骤s1手术计划软件生成的影像坐标和预计坐标，以及三维重建后得到的穿刺路径，连同mr捕捉的患者图像进行融合，融合后的影像推送给医生，医生通过mr看到融合影像及导引路径；
10.s3、当医生进行穿刺手术时，磁导航设备和3d视觉相机实时计算出带有电子标签的穿刺针的实际坐标，并传送给手术计划软件进行数据整合，整合后的穿刺针数据实时显示在融合影像中指导医生调整穿刺针位置、角度和方向；
11.s4、当与导引路径完全重合后进行实际的穿刺操作，3d视觉相机和磁导航设备实时告知手术计划软件穿刺针的进针深度，并通过mr设备告知医生并在融合影像上显示出来，以此往复，直至手术结束。
12.优选的，所述步骤s3进行穿刺时，手术计划软件计算出实际坐标和预计坐标的偏差，并给出修正建议，当虚拟针与导引路径完全重合时，即穿刺针调整完毕。
13.优选的，所述手术计划软件是由穿刺路径设计模块、三维重建模块和协同控制模块组成，所述穿刺路径设计模块的处理方法具体为：将患者影像数据导入手术计划软件后进行数据解析，医生根据临床治疗需求在手术计划软件上勾勒出患者肿瘤靶区，并合理设
计穿刺路径，同时把医学影像上的穿刺路径坐标信息转换为世界地理坐标系的坐标信息。
14.优选的，所述三维重建模块的处理方法具体为手术计划软件把患者的影像数据进行三维重建，并把设计好的穿刺路径显示在三维重建的影像上，用于真实穿刺时的导引。
15.优选的，所述协同控制模块用于对各子系统数据交互和指令也由手术计划软件实时处理协同。
16.优选的，所述mr设备即混合现实设备，该设备把其捕捉的现实世界患者图像和手术计划软件生成的三维重建影像进行融合，融合影像实时跟随并贴合患者体态，导引路径标示出医生在患者体表需要穿刺的方向和角度。
17.优选的，所述电子标签内置磁体和线圈用于与磁导航设备进行交互感应，外置十字标记便于被3d视觉相机捕捉，手术前把电子标签安装到穿刺针的尾部。
18.优选的，所述3d视觉相机捕捉电子标签的位置，并把该位置转换为世界地理坐标系的坐标信息，通过手术计划软件与磁导航设备数据交互，从而可以得到穿刺针在世界地理坐标系中的完整位置信息。
19.优选的，所述磁导航设备实时捕捉穿刺针姿态，从而根据实际坐标值计算出穿刺针长度，即在手术时计算出穿刺针进入人体的深度，通过手术计划软件与3d视觉相机交互，从而得到穿刺针在世界地理坐标系中的完整位置信息。
20.(三)有益效果
21.本发明提供了一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法，其所对应的设计系统是由手术计划软件、mr设备、磁导航设备、3d视觉相机和电子标签组成，基于混合现实的肿瘤微创治疗方法具体包括以下步骤：s1、首先把患者ct、核磁设备扫描的医学影像导入手术计划软件中，并根据治疗要求规划穿刺路径，s2、把由步骤s1手术计划软件生成的影像坐标和预计坐标，以及三维重建后得到的穿刺路径，连同mr捕捉的患者图像进行融合，融合后的影像推送给医生，医生通过mr看到融合影像及导引路径，s3、当医生进行穿刺手术时，磁导航设备和3d视觉相机实时计算出带有电子标签的穿刺针的实际坐标，并传送给手术计划软件进行数据整合，整合后的穿刺针数据实时显示在融合影像中指导医生调整穿刺针位置、角度和方向，s4、当与导引路径完全重合后进行实际的穿刺操作，3d视觉相机和磁导航设备实时告知手术计划软件穿刺针的进针深度，并通过mr设备告知医生并在融合影像上显示出来，以此往复，直至手术结束，可完全还原临床医生的手术意图，保证医生对肿瘤进行微创手术时的穿刺针的位置、角度、深度等符合术前治疗计划的要求，从而保障手术的安全性及治疗效果，工作效率大幅度提升，手术时间缩短，降低病人痛苦，大幅度降低影像扫描次数，操作简单，维护方便，可在ct、核磁、超声等多种医学影像设备引导下使用本方法进行精准微创手术操作。
附图说明
22.图1为本发明所对应的设计系统的结构原理框图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于混合现实肿瘤微创手术的设计方法，其所对应的设计系统是由手术计划软件、mr设备、磁导航设备、3d视觉相机和电子标签组成，基于混合现实的肿瘤微创治疗方法具体包括以下步骤：
25.s1、首先把患者ct、核磁设备扫描的医学影像导入手术计划软件中，并根据治疗要求规划穿刺路径；
26.s2、把由步骤s1手术计划软件生成的影像坐标和预计坐标，以及三维重建后得到的穿刺路径，连同mr捕捉的患者图像进行融合，融合后的影像推送给医生，医生通过mr看到融合影像及导引路径；
27.s3、当医生进行穿刺手术时，磁导航设备和3d视觉相机实时计算出带有电子标签的穿刺针的实际坐标，并传送给手术计划软件进行数据整合，整合后的穿刺针数据实时显示在融合影像中指导医生调整穿刺针位置、角度和方向，进行穿刺时，手术计划软件计算出实际坐标和预计坐标的偏差，并给出修正建议，当虚拟针与导引路径完全重合时，即穿刺针调整完毕；
28.s4、当与导引路径完全重合后进行实际的穿刺操作，3d视觉相机和磁导航设备实时告知手术计划软件穿刺针的进针深度，并通过mr设备告知医生并在融合影像上显示出来，以此往复，直至手术结束。
29.本发明实施例中，手术计划软件是由穿刺路径设计模块、三维重建模块和协同控制模块组成，穿刺路径设计模块的处理方法具体为：将患者影像数据导入手术计划软件后进行数据解析，医生根据临床治疗需求在手术计划软件上勾勒出患者肿瘤靶区，并合理设计穿刺路径，同时把医学影像上的穿刺路径坐标信息转换为世界地理坐标系的坐标信息，三维重建模块的处理方法具体为手术计划软件把患者的影像数据进行三维重建，并把设计好的穿刺路径显示在三维重建的影像上，用于真实穿刺时的导引，协同控制模块用于对各子系统数据交互和指令也由手术计划软件实时处理协同。
30.本发明实施例中，mr设备即混合现实设备，该设备把其捕捉的现实世界患者图像和手术计划软件生成的三维重建影像进行融合，融合影像实时跟随并贴合患者体态，导引路径标示出医生在患者体表需要穿刺的方向和角度。
31.本发明实施例中，微创手术用的器械种类较多，包括活检针、穿刺针、冷冻消融针、热消融针、纳米刀等，这些器械都由金属材料制成，同时需要进行穿刺手术操作，以下统称为“穿刺针”，电子标签内置磁体和线圈用于与磁导航设备进行交互感应，外置十字标记便于被3d视觉相机捕捉，手术前把电子标签安装到穿刺针的尾部。
32.本发明实施例中，3d视觉相机捕捉电子标签的位置，并把该位置转换为世界地理坐标系的坐标信息，通过手术计划软件与磁导航设备数据交互，从而可以得到穿刺针在世界地理坐标系中的完整位置信息。
33.本发明实施例中，磁导航设备实时捕捉穿刺针姿态(以下简称“虚拟针”)，从而根据实际坐标值计算出穿刺针长度，即在手术时计算出穿刺针进入人体的深度，通过手术计划软件与3d视觉相机交互，从而得到穿刺针在世界地理坐标系中的完整位置信息。
34.综上，本发明可完全还原临床医生的手术意图，保证医生对肿瘤进行微创手术时的穿刺针的位置、角度、深度等符合术前治疗计划的要求，从而保障手术的安全性及治疗效果，工作效率大幅度提升，手术时间缩短，降低病人痛苦，大幅度降低影像扫描次数，操作简单，维护方便，可在ct、核磁、超声等多种医学影像设备引导下使用本方法进行精准微创手术操作。
35.同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
36.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。