[發明專利]一種手術仿真方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201811058325.X
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109243614B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 司偉鑫;彭柳;廖祥云;孫寅紫;王平安
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G16H30/20;G16H20/40
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

一種手術仿真方法包括：獲取CT掃描的圖像，根據MC移動立方體法對所述圖像進行三維重建和渲染，得到三維仿真模型；當檢測手術器械與所述三維仿真模型碰觸時，通過PBD位置動力學方法不斷更新碰觸過程中的PBD粒子位置，確定變形的模型；通過MC移動立方體法對變形的模型進行實時的渲染。通過MC移動立方體法重建掃描圖像所對應的三維模型后，通過PBD位置動力學方法更新碰觸過程中的PBD粒子的位置，確定變形的模型，再通過MC移動立方體法對變形的模型進行實時的渲染，實時生成三維仿真模型的碰觸變形效果，從而能夠有效的滿足手術訓練者對完整的電視胸腔鏡肺葉切除手術仿真場景的訓練要求。

技術領域

本申請屬于人工智能領域，尤其涉及一種手術仿真方法、裝置和系統。

背景技術

虛擬手術仿真技術研究較早，從20世紀90年代初開發了世界上第一個虛擬手術模擬系統后，迅速發展成為虛擬現實技術最為活躍的研究熱點之一。但是在醫學方面主要被應用于骨科、口腔科、神經外科等，而對于胸外科方向涉足較少。在肺葉切除術訓練仿真系統中，除了要實現真實的物理建模仿真外，還要在模型上進行相應的切割和縫合手術操作，盡可能真實的還原手術過程才能達到良好的訓練效果。

目前市面上實現一整套完整肺葉切除術訓練仿真系統的手術系統暫時還沒有，大多是其他方向的手術系統或者關于仿真手術中某一關鍵技術的研究，難以滿足手術訓練者對完整的電視胸腔鏡肺葉切除手術(VATS)仿真場景的訓練要求。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例提供了一種手術仿真方法、裝置及系統，以解決現有技術中的手術仿真系統難以滿足手術訓練者對完整的電視胸腔鏡肺葉切除手術仿真場景的訓練要求的問題。

本申請實施例的第一方面提供了一種手術仿真方法，所述肺葉切除手術仿真方法包括：

獲取CT掃描的圖像，根據MC移動立方體法對所述圖像進行三維重建和渲染，得到三維仿真模型；

當檢測手術器械與所述三維仿真模型碰觸時，通過PBD動力位置學方法更新變形過程中的PBD粒子的位置，確定變形的模型；

通過MC移動立方體法對變形的模型進行實時的渲染。

結合第一方面，在第一方面的第一種可能實現方式中，當所述手術器械為切割器械時，所述生成三維仿真模型的碰觸形變效果的步驟包括：

當檢測到所述切割器械與三維仿真模型碰觸時，記錄所述切割器械的碰觸位置；

通過多幀圖像中所述切割器械的碰觸位置確定切割面，判斷所述切割面是否與MC立方體的網格線段相交；

如果所述切割面與MC立方體的網格線段相交，則移除網絡線段所包含的PBD映射關系，將相交的網格線段的兩端的頂點設置為外點，并渲染與所述外點相鄰的其它MC立方體生成切面。

結合第一方面，在第一方面的第二種可能實現方式中，當所述手術器械為縫合針時，所述方法還包括：

將碰撞檢測的碰撞位置確定為標記點，并將所述標記點與所述標定點的預定范圍內的PBD粒子綁定；

在拉緊傷口過程中，相鄰的兩個標記點以及與所述標定點綁定的PBD粒子向連接所述兩個標記點的繩子的中部方向發生移動，更新PBD粒子的位置得到變形的模型；

通過MC移動立方體法對變形的模型進行實時渲染。

結合第一方面的第二種可能實現方式，在第一方面的第三種可能實現方式中，所述方法還包括：

在縫合針和/或縫合線上，按照預定的間隔設置多個定位點；

當穿刺點與標定點的距離大于預定距離時，所述穿刺點由第一定位點滑向第二定位點，直至所有定位點完全穿過軟體，其中，所述穿刺點為軟體表面與縫合針或縫合線接觸的點；