[發(fā)明專利]一種基于術(shù)中數(shù)據(jù)的經(jīng)皮腎鏡取石虛擬手術(shù)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810387825.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN109273091A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邰永航;石俊生;魏磊;李瓊;柳昱辰;黃小喬;陳載清;程飛燕
• 申請（專利權(quán)）人: 云南師范大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于觸覺交互的經(jīng)皮腎鏡穿刺(PCNL)的腎結(jié)石虛擬手術(shù)訓練系統(tǒng)，用以提高泌尿外科醫(yī)生反復(fù)訓練獲得穿刺技巧的方法。具體包括：醫(yī)學圖像三維重建模塊(1)，腎臟軟組織樣本穿刺實驗?zāi)K(2)，力學建模模塊(3)，視覺渲染模塊(4)，觸覺渲染模塊(5)，虛擬手術(shù)訓練環(huán)境設(shè)計模塊(6)，觸覺交互設(shè)備模塊(7)，手術(shù)訓練數(shù)據(jù)采集分析模塊(8)，增強現(xiàn)實模塊(9)和3D打印模塊(10)；本發(fā)明使用真實手術(shù)套針穿刺腎臟組織數(shù)據(jù)建立力學模型，結(jié)合觸覺交互設(shè)備、增強現(xiàn)實技術(shù)、3D打印技術(shù)構(gòu)建的虛擬PCNL手術(shù)環(huán)境能夠沉浸感強、實時性好，有助于泌尿外科醫(yī)生訓練提高手術(shù)技巧，熟練手術(shù)環(huán)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬計算機圖形學/虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域，具體涉及基于觸覺交互的虛擬手術(shù)訓練設(shè)備及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

腎結(jié)石是人體泌尿系統(tǒng)的高發(fā)病之一，目前主要的微創(chuàng)治療方式為：體外沖擊波碎石術(shù)、經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)(PCNL，Percutaneous Nephrolithotomy)以及輸尿管軟鏡等。PCNL因具有適用范圍廣、碎石速度快、清石率高等優(yōu)勢而成為復(fù)雜結(jié)石及較大結(jié)石的主要治療方式[1]。建立合適的經(jīng)皮腎鏡通道是PCNL手術(shù)成功的關(guān)鍵，直接影響到手術(shù)效果[2]。由于腎臟本身內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動脈供血豐富(占心臟總輸出的20％-25％)[3-4]，毗鄰臟器個體差異性大，加之患者個體的結(jié)石大小、形狀、位置分布難以預(yù)測等，都延滯了泌尿外科醫(yī)生熟練掌握PCNL手術(shù)技巧的學習曲線。

虛擬手術(shù)訓練作為一個新興的研究方向，是集醫(yī)學、計算機技術(shù)、生物力學、光學工程、材料科學、機械力學等諸多學科為一體的交叉研究領(lǐng)域[5-6]，同時作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)和醫(yī)學研究結(jié)合的重要成果，虛擬手術(shù)訓練也是當今醫(yī)學領(lǐng)域研究的熱點之一[7]?，F(xiàn)有的虛擬手術(shù)訓練系統(tǒng)主要是基于患者真實醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，運用計算機圖形學構(gòu)建模擬手術(shù)環(huán)境，醫(yī)生可以在虛擬環(huán)境完成手術(shù)技能訓練、術(shù)前手術(shù)規(guī)劃等操作[8]，但在觸覺交互上存在缺失。國外虛擬手術(shù)模擬起步較早，其中斯坦福大學、倫勒斯理工學院等已經(jīng)設(shè)計出相關(guān)產(chǎn)品，但國外大部分虛擬手術(shù)訓練研究都集中在內(nèi)窺鏡手術(shù)及近似各向同性器官(肝臟)的手術(shù)仿真，對于腎臟微創(chuàng)手術(shù)訓練的研究，尚未見相關(guān)研究報道[9-10]。國內(nèi)現(xiàn)階段針對虛擬手術(shù)訓練研究也逐漸興起，北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、上海交大等都在不同方向、不同程度開展了虛擬手術(shù)訓練系統(tǒng)的研究，但研究都還處于起步階段，在觸覺交互的真實性、軟組織實時形變、系統(tǒng)沉浸感等方面還存在一些問題[11-12]。

參考文獻：

[1]于德棟，沈國芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在手術(shù)培訓中的應(yīng)用及展望[J].中華口腔醫(yī)學研究雜志(電子版),2011,5(5):538-541.

[2]付玉錦等，采用仿真手術(shù)刀的虛擬外科手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京:中國科學院自動化研究所,2005.

[3]譚珂，郭光友.一種鼻內(nèi)窺鏡虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)[J].計算機工程，2006，32(16):243-276.

[4]Machado L S,Mello A N,Odone Filho V,et al.Virtual RealitySimulation of Pediatric Bone Marrow Harvest for Transplant[J].Medical andPediatric Oncology.2002,39(4):282.

[5]Kühnapfel U,Kuhn Ch,Hübner M,et al.Endoscopic surgery trainer asan example for virtual reality in medical education[EB/OL].2013.