[發明專利]虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法和系統

有效

• 申請號: 201710506985.9
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107221032B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉謙;盧昱華;徐浪;李文成;郭琛琛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/00;G06F3/01
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法，其包括如下步驟：S1、構建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術場景；S2、構建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術對應的虛擬手術交互系統；S3、獲取用戶的虛擬手術，根據虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術場景以及虛擬手術交互系統完成虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學。

技術領域

本發明涉及虛擬現實培訓教學技術領域，特別涉及一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法和系統。

背景技術

腹腔鏡治療肝囊腫具有安全、創傷小、恢復快的優勢。但是，相對于傳統手術，腹腔鏡手術對醫生在手術技能方面的能力要求更高，一般而言，醫生嫻熟的操作手法來自大量的臨床經驗，而虛擬腹腔鏡肝囊腫手術系統可以通過構建患者腹腔內三維虛擬場景、模擬腹腔鏡手術基本過程等方法，幫助訓練醫生的基本手術技能。與傳統的培訓方式不同，虛擬腹腔鏡手術系統能夠反復多次練習而不用擔心標本、場地和手術安全等問題，不僅訓練代價小，同時縮短了培訓周期。

虛擬手術系統一般依靠3D建模軟件重建器官醫學數據，生成3D可視化模型；然后將3D模型導入3D引擎，生成手術場景；再按照手術流程對器官進行操作。

不同于剛體模型交互，人體器官與器械接觸時，往往體現出柔體性質。在肝囊腫手術中，肝囊腫內部充盈囊腫液，而囊腫組織本身為柔體，由于肝囊腫復雜的物理性質，模擬虛擬肝囊腫常使用動畫系統表現軟組織形變或液體流動，以損失操作自由度為代價實現視覺模擬。也增加了拓展系統的工作量。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法和系統。

一種虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法，其包括如下步驟：

S1、構建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術場景；

S2、構建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術對應的虛擬手術交互系統；

S3、獲取用戶的虛擬手術，根據虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術場景以及虛擬手術交互系統完成虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學。

在本發明所述的虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法中，所述步驟S1包括：

S11、獲取真實人體器官數據，并用3維建模軟件重建導入Unity3D；

S12、將導入Unity3D的正常器官模型按照解剖學位置擺放、儲存，生成靜態正常腹腔場景；

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，生成靜態囊腫手術模型。

S14、應用等體積算法，重建肝囊腫組織，生成動態囊腫手術場景；

S15、應用布料模擬插件設置肝囊腫組織布料參數和蒙皮骨骼組件參數，為肝囊腫軟組織生成軟組織控制接口。

在本發明所述的虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法中，

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，監聽場景狀態變化，并實現交互控制改變場景參數；

S23、根據步驟21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demo實現構建虛擬腹腔鏡肝囊腫開窗手術對應的虛擬手術交互系統。

在本發明所述的虛擬腹腔鏡肝囊腫切除開窗手術教學方法中，

所述步驟S3包括：