[發(fā)明專利]一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的側(cè)腦室穿刺手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711476102.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN107978195A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何炳蔚;張雅玲;陳壽;林偉鑫;楊振杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B9/00
• 分類號(hào): G09B9/00;G09B5/02;G06T19/00;G06F3/01
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)外科手術(shù)輔助教學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的側(cè)腦室穿刺手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)

側(cè)腦室左右各有一個(gè)，是腦室系統(tǒng)中最大者，位于大腦半球內(nèi)借室間孔與狹窄的第3腦室相連通。側(cè)腦室手術(shù)主要用于：①因腦積水引起嚴(yán)重顱內(nèi)壓增高的病人，病情重危甚至發(fā)生腦疝或昏迷時(shí)，先采用腦室穿刺和引流，作為緊急減壓搶救措施，為進(jìn)一步檢查治療創(chuàng)造條件。②腦室內(nèi)有出血的病人，穿刺引流血性腦脊液可減輕腦室反應(yīng)及防止腦室系統(tǒng)阻塞。③開顱術(shù)中為降低顱內(nèi)壓，有利于改善手術(shù)區(qū)的顯露，常穿刺側(cè)腦室，引流腦脊液。術(shù)后尤其在顱后窩術(shù)后為解除反應(yīng)性顱內(nèi)高壓，也常用側(cè)腦室外引流。側(cè)腦室穿刺手術(shù)是神經(jīng)外科手術(shù)重要環(huán)節(jié)，是神經(jīng)外科醫(yī)生必須熟練掌握的基本技能。側(cè)腦室穿刺手術(shù)中穿刺點(diǎn)位置確定以及方向全憑醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)以及手感確定，而側(cè)腦室穿刺手術(shù)一次性穿刺成功率只能達(dá)到40%-60%，以及在側(cè)腦室穿刺手術(shù)中容易引起術(shù)后并發(fā)癥的原因：穿刺或者放置引流管時(shí)，動(dòng)作不適當(dāng)導(dǎo)致?lián)p傷脈絡(luò)叢或腦血管壁；腦室引流過快，腦室壁的血管和脈絡(luò)叢會(huì)發(fā)生滲血，引起血性腦脊液。據(jù)調(diào)查了解，在神經(jīng)外科臨床上仍出現(xiàn)以下現(xiàn)狀：

現(xiàn)狀一，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)較少的醫(yī)學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間里，只有在臨床見習(xí)中才能夠充分理解掌握理論知識(shí)并運(yùn)用在實(shí)例中。但由于臨床教學(xué)指導(dǎo)老師均由臨床醫(yī)生所兼任，忙碌的工作可能導(dǎo)致在臨床教學(xué)不到位。為了加強(qiáng)手術(shù)手感的訓(xùn)練，我國(guó)目前對(duì)于醫(yī)學(xué)生培訓(xùn)不能直接提供尸體于每一位醫(yī)學(xué)生，同時(shí)，尸體的來源以及保存耗資巨大。

現(xiàn)狀二，醫(yī)患關(guān)系日益緊張，醫(yī)療糾紛不斷，醫(yī)生進(jìn)行神經(jīng)外科手術(shù)前需根據(jù)病人信息進(jìn)行制定手術(shù)方案，對(duì)于腫瘤位置的判斷很大程度取決于術(shù)者經(jīng)驗(yàn)。以至于對(duì)于微小腫瘤以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)腫瘤難以準(zhǔn)確判斷，此時(shí)會(huì)很大程度上加大手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來興起的一門跨多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的高端技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的互動(dòng)與對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的可視化操作。最主要的特征是沉浸感與臨境感；可以使操作者暫時(shí)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境隔離。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已開始廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在神經(jīng)外科，VR技術(shù)最早是在虛擬腦室鏡和腦血管重建方面的運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的側(cè)腦室穿刺手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的側(cè)腦室穿刺手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：用于提供病人CT掃描圖像以及病人信息的CT掃描/MRI圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入單元、用于建立三維模型的CT掃描/MRI圖像重建單元、提供虛擬顯示環(huán)境顯示的虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備、提供虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境操作信息的操作手柄以及虛擬現(xiàn)實(shí)處理單元；所述虛擬現(xiàn)實(shí)處理單元包括：用于提供與現(xiàn)實(shí)手術(shù)環(huán)境匹配的虛擬環(huán)境的VR環(huán)境單元、用于提供對(duì)操作人員語(yǔ)音識(shí)別的VR語(yǔ)音識(shí)別單元以及用于執(zhí)行手術(shù)操作的VR手術(shù)單元。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述CT掃描/MRI圖像重建單元根據(jù)患者術(shù)前影像學(xué)數(shù)據(jù)，通過Mimics以及3-matic軟件，建立對(duì)應(yīng)的三維模型，并對(duì)不同組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行顏色分區(qū)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述VR手術(shù)單元包括：切除模擬模塊、止血模塊、組織結(jié)構(gòu)顯隱模塊、測(cè)量顯示模塊、力反饋模塊、交互模塊以及手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，操作人員通過如下步驟進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練操作：

步驟S1：通過所述VR環(huán)境單元提供對(duì)應(yīng)的手術(shù)環(huán)境、手術(shù)器械以及CT掃描信息，操作人員通過所述操作手柄選擇對(duì)應(yīng)的手術(shù)類型，通過所述虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備將手術(shù)環(huán)境、手術(shù)器械以及CT掃描信息呈現(xiàn)給操作人員；

步驟S2：通過所述VR語(yǔ)音識(shí)別單元對(duì)操作人員輸入的有效語(yǔ)音信息進(jìn)行識(shí)別，并通過所述測(cè)量顯示模塊顯示識(shí)別后的頭皮定位點(diǎn)；

步驟S3：操作人員通過所述操作手柄選擇對(duì)應(yīng)的手術(shù)器械，并進(jìn)行頭皮切割操作；所述虛擬現(xiàn)實(shí)處理單元根據(jù)所述操作手柄提供的信號(hào)，通過所述切除模擬模塊執(zhí)行頭皮切割操作，并通過所述組織結(jié)構(gòu)顯隱模塊進(jìn)行頭皮顯示與隱藏；

步驟S4：操作人員通過所述操作手柄選擇對(duì)應(yīng)的手術(shù)器械，并進(jìn)行鉆孔取顱骨操作；所述虛擬現(xiàn)實(shí)處理單元根據(jù)所述操作手柄提供的信號(hào)，通過所述切除模擬模塊執(zhí)行鉆孔取顱骨操作，并通過所述反饋模塊提供震動(dòng)信號(hào)至所述操作手柄，所述操作手柄通過震動(dòng)反饋鉆孔操作過程；

步驟S5：操作人員通過所述操作手柄選擇對(duì)應(yīng)的手術(shù)器械，并進(jìn)行側(cè)腦室穿刺操作；所述虛擬現(xiàn)實(shí)處理單元根據(jù)所述操作手柄提供的信號(hào)，通過所述切除模擬模塊執(zhí)行側(cè)腦室穿刺；