[發(fā)明專利]虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710506985.9
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107221032B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉謙;盧昱華;徐浪;李文成;郭琛琛
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)鄂州工業(yè)技術(shù)研究院;華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/00;G06F3/01
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

1.一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)方法，其特征在于，其包括如下步驟：

S1、構(gòu)建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)場景；

S2、構(gòu)建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)對應(yīng)的虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)；

S3、獲取用戶的虛擬手術(shù)，根據(jù)虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)場景以及虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)完成虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)；

所述步驟S1包括：

S11、獲取真實人體器官數(shù)據(jù)，并用3維建模軟件重建導(dǎo)入Unity3D；

S12、將導(dǎo)入Unity3D的正常器官模型按照解剖學(xué)位置擺放、儲存，生成靜態(tài)正常腹腔場景；

S13、對肝臟模型進行病變重建，重建的肝臟模型由囊腫組織和術(shù)后肝臟組合而成，用病變肝臟模型替換步驟S12中的正常肝臟模型，生成靜態(tài)囊腫手術(shù)模型；

S14、應(yīng)用徐浪等體積算法于肝囊腫組織上，將肝囊腫面片模型轉(zhuǎn)換為體模型，按設(shè)定密度在體積空間內(nèi)生成點，由生成點模擬內(nèi)部液體狀態(tài)，由點數(shù)量恒定維持模型形變后體積不變，模擬肝囊腫內(nèi)充滿液體的狀態(tài)，構(gòu)建可動態(tài)交互的肝囊腫場景；

S15、利用布料模擬插件設(shè)置肝囊腫組織布料屬性，獲取模型所有頂點并綁定骨骼，使用綁定的骨骼作為布料化模型后的布料綁定點，通過修改骨骼的位置、綁定狀態(tài)實現(xiàn)對布料模型的操作，模擬手術(shù)步驟的提拉、切割效果，完成整個手術(shù)場景的生成。

2.如權(quán)利要求1所述的虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)方法，其特征在于，

所述步驟S2包括：

S21、配置并加載用于人機交互的器械控制腳本，用于獲取操作端變化量、計算場景中器械移動量和控制器械移動；

S22、加載場景控制腳本，監(jiān)聽場景狀態(tài)變化，并實現(xiàn)交互控制改變場景參數(shù)；

S23、根據(jù)步驟S21中用于人機交互的器械控制腳本，用于獲取操作端變化量、計算場景中器械移動量和控制器械移動以及步驟S22中控制腳本，生成exe文件，生成虛擬肝囊腫開窗切除手術(shù)demo實現(xiàn)構(gòu)建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)對應(yīng)的虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)。

3.如權(quán)利要求2所述的虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)方法，其特征在于，

所述步驟S3包括：

S31、在exe文件打開并進入手術(shù)場景后，啟動虛擬手術(shù)訓(xùn)練，控制鏡頭移動到肝囊腫手術(shù)位置；

S32、根據(jù)S21中用于人機交互的器械控制腳本，用于獲取操作端變化量、計算場景中器械移動量和控制器械移動以及步驟S22中控制腳本，實現(xiàn)對吸液針刺破囊腫組織，吸取囊腫液，囊腫組織軟化坍縮、夾鉗提拉肝囊腫軟組織，電凝鉤對軟組織電凝切割以及提走肝囊腫軟組織，從而完成虛擬手術(shù)操作。

4.一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，其包括如下單元：

手術(shù)場景構(gòu)建單元，用于構(gòu)建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)場景；

交互系統(tǒng)構(gòu)建單元，用于構(gòu)建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)對應(yīng)的虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)；

教學(xué)實現(xiàn)單元，用于獲取用戶的虛擬手術(shù)，根據(jù)虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術(shù)場景以及虛擬手術(shù)交互系統(tǒng)完成虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術(shù)教學(xué)；

所述手術(shù)場景構(gòu)建單元包括：

獲取真實人體器官數(shù)據(jù)，并用3維建模軟件重建導(dǎo)入Unity3D；

將導(dǎo)入Unity3D的正常器官模型按照解剖學(xué)位置擺放、儲存，生成靜態(tài)正常腹腔場景；

對肝臟模型進行病變重建，重建的肝臟模型由囊腫組織和術(shù)后肝臟組合而成，用病變肝臟模型替換靜態(tài)正常腹腔場景中的正常肝臟模型，生成靜態(tài)囊腫手術(shù)模型；

應(yīng)用徐浪等體積算法于肝囊腫組織上，將肝囊腫面片模型轉(zhuǎn)換為體模型，按設(shè)定密度在體積空間內(nèi)生成點，由生成點模擬內(nèi)部液體狀態(tài)，由點數(shù)量恒定維持模型形變后體積不變，模擬肝囊腫內(nèi)充滿液體的狀態(tài)，構(gòu)建可動態(tài)交互的肝囊腫場景；

利用布料模擬插件設(shè)置肝囊腫組織布料屬性，獲取模型所有頂點并綁定骨骼，使用綁定的骨骼作為布料化模型后的布料綁定點，通過修改骨骼的位置、綁定狀態(tài)實現(xiàn)對布料模型的操作，模擬手術(shù)步驟的提拉、切割效果，完成整個手術(shù)場景的生成。