RU178470U1 - DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE - Google Patents

DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE Download PDF

Info

Publication number
RU178470U1
RU178470U1 RU2017112090U RU2017112090U RU178470U1 RU 178470 U1 RU178470 U1 RU 178470U1 RU 2017112090 U RU2017112090 U RU 2017112090U RU 2017112090 U RU2017112090 U RU 2017112090U RU 178470 U1 RU178470 U1 RU 178470U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
patient
data
abdominal cavity
data storage
technical solution
Prior art date
Application number
RU2017112090U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Анатольевич Горбунов
Денис Николаевич Николаев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭНСИМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭНСИМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭНСИМ"
Priority to RU2017112090U priority Critical patent/RU178470U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU178470U1 publication Critical patent/RU178470U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

Техническое решение относится к области медицины, предназначено для предоперационного планирования и проведения тренировочной хирургической операции, а именно лапароскопической нефрэктомии, с использованием трехмерной модели пациента, сгенерированной по данным исследования пациента.Технический результат от использования данного технического решения заключается в обеспечении планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии, также данное техническое решение позволяет более точно провести тренировочную сессию для обучаемых хирургов.Данный технический результат достигается за счет создания трехмерной модели брюшной полости с координатами, размером и ориентацией органов в пространстве брюшной полости конкретного пациента.Устройство предоперационного моделирования хирургической процедуры, содержащее: объединенные общей шиной данных: блок получения данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества, блок создания трехмерной модели брюшной полости пациента, блок предоперационного моделирования хирургической процедуры, процессор, считывающий и выполняющий машинные инструкции (программы) с блоков постоянного хранения данных, временного хранения данных, блок постоянного хранения данных, представляющий собой постоянное запоминающее устройство, блок временного хранения данных, представляющий собой оперативное запоминающее устройство, обеспечивающее временное хранение данных, схему питания, соединенную с блоком питания, интерфейсы ввода/вывода, средства ввода/вывода.The technical solution relates to the field of medicine, is intended for preoperative planning and carrying out a training surgical operation, namely laparoscopic nephrectomy, using a three-dimensional patient model generated according to the patient’s research. The technical result from the use of this technical solution is to ensure the planning and rehearsal of a laparoscopy surgery , also this technical solution allows you to more accurately conduct a training session for surgeons. This technical result is achieved by creating a three-dimensional model of the abdominal cavity with the coordinates, size and orientation of organs in the abdominal cavity of a particular patient. A device for preoperative modeling of a surgical procedure, comprising: combined data bus: data acquisition unit containing information about the patient’s examination using a contrast medium, a block for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity, a block of preoperative surgery modeling a procedure, a processor that reads and executes machine instructions (programs) from blocks of permanent data storage, temporary data storage, a permanent data storage unit, which is a permanent storage device, a temporary data storage unit, which is an online storage device that provides temporary data storage, power circuitry connected to the power supply, input / output interfaces, input / output means.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Техническое решение относится к области медицины, предназначено для предоперационного планирования и проведения тренировочной хирургической операции, а именно лапароскопической нефрэктомии, с использованием трехмерной модели пациента сгенерированной по данным исследования пациента.The technical solution relates to the field of medicine, intended for preoperative planning and training surgical operations, namely laparoscopic nephrectomy, using a three-dimensional patient model generated according to the patient’s research.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Для планирования хирургической операции по пересадке фрагментов какого-либо органа очень важно предоставить хирургу визуальную информацию о структуре кровеносных сосудов этого органа, их точном расположении внутри органа и о том, какие области органа омывает тот или иной сосуд.To plan a surgical operation to transplant fragments of an organ, it is very important to provide the surgeon with visual information about the structure of the blood vessels of that organ, their exact location inside the organ, and which areas of the organ are washed by a vessel.

Из уровня техники известно техническое решение Preoperative Surgical Simulation US 8500451 (В2), опубликовано 06.08.2013, SIMBIONIX LTD.The technical solution Preoperative Surgical Simulation US 8500451 (B2) is known from the prior art, published on 08/06/2013, SIMBIONIX LTD.

Данное решение раскрывает устройство и способ моделирования тренировочной хирургической операции на сосудах (ангиопластики) с использованием 3д модели сгенерированной на основе данных медицинских изображений реального пациента. Способ включает получение с помощью системы ввода 3д модели сосудов конкретного пациента сгенерированных на основе массива данных исследования (КТ) пациента, моделирование тренировочной хирургичекой операции с использованием полученной 3д модели сосудов пациента, при этом система моделирования принимает и обрабатывает сигналы, полученные от блока отслеживания имитаторов интервенционных инструментов и отправляет сигналы на блок генерации силовой обратной связи.This solution discloses a device and method for simulating a training surgical vessel operation (angioplasty) using a 3D model generated based on data from medical images of a real patient. The method includes receiving, using an input system a 3D model of blood vessels of a particular patient, generated on the basis of an array of patient research data (CT), simulating a surgical surgical operation using the resulting 3D model of a patient's blood vessels, while the modeling system receives and processes signals received from the tracking unit of interventional imitators instruments and sends signals to the power feedback generation unit.

Изобретение предназначено для предоперационного планирования и репетиции хирургической операции на сосудах, что не позволяет его использовать для планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии.The invention is intended for preoperative planning and rehearsal of a surgical operation on vessels, which does not allow it to be used for planning and rehearsing a surgical operation of laparoscopy.

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности проведения тренировочной операции лапароскопииThe disadvantage of this technical solution is the lack of the possibility of a training operation of laparoscopy

Из уровня техники известно техническое решение SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING COMPUTERIZED SIMULATIONS FOR IMAGE-GUIDED PROCEDURES USING A PATIENT SPECIFIC MODEL US8543338 (B2), опубликовано 24.09.2013, SIMBIONIX LTD.The technical solution known is SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING COMPUTERIZED SIMULATIONS FOR IMAGE-GUIDED PROCEDURES USING A PATIENT SPECIFIC MODEL US8543338 (B2), published September 24, 2013, SIMBIONIX LTD.

Данное решение раскрывает способ и систему моделирования тренировочной хирургической операции на сосудах (ангиопластики) с использованием цифровой модели анатомических структур сгенерированных на основе данных медицинских изображений реального пациента. Способ включает создание цифровой модели анатомической структуры пациента на основе данных медицинских изображений пациента (данных исследования пациента), где цифровая модель включает первую 3д полигональную сетку с данными, полученными из медицинских изображений (из данных присутствующих в мед изображениях); генерирование (вычисление), на основе данных медицинских изображений, данных смежных анатомических структур; генерирование расширенной цифровой модели включающей анатомические структуры с данными медицинских изображений, смежные анатомические структуры полученные вычислением, первую 3д полигональную сетку, вторую 3д полигональную сетку, полученную из смежных анатомических структур, позиционирование второй 3д полигональной сетки с гарницами первой 3д полигональной сетки; компьютерное моделирование процедуры с визуальным контролем с использованием расширенной цифровой модели.This solution discloses a method and system for simulating a training surgical vessel operation (angioplasty) using a digital model of anatomical structures generated on the basis of medical image data of a real patient. The method includes creating a digital model of the patient’s anatomical structure based on the patient’s medical image data (patient study data), where the digital model includes the first 3D polygonal grid with data obtained from medical images (from the data present in the honey images); generation (calculation), based on data from medical images, data from adjacent anatomical structures; generating an expanded digital model including anatomical structures with medical image data, adjacent anatomical structures obtained by calculation, the first 3D polygonal grid, the second 3D polygonal grid obtained from adjacent anatomical structures, positioning of the second 3D polygonal grid with pickets of the first 3D polygonal grid; computer simulation of the procedure with visual control using an advanced digital model.

Решение предназначено для предоперационного планирования и репетиции хирургической операции на сосудах, что не позволяет его использовать для планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии.The solution is intended for preoperative planning and rehearsal of a vascular surgery, which does not allow it to be used for planning and rehearsing a laparoscopic surgery.

СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯESSENCE OF TECHNICAL SOLUTION

Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, присущих существующим аналогам.This technical solution is aimed at eliminating the disadvantages inherent in existing analogues.

Технический результат от использования данного технического решения заключается в обеспечении планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии, также данное техническое решение позволяет более точно провести тренировочную сессию для обучаемых хирургов.The technical result from the use of this technical solution is to ensure the planning and rehearsal of the surgical operation of laparoscopy, also this technical solution allows you to more accurately conduct a training session for trained surgeons.

Данный технический результат достигается за счет создания трехмерной модели брюшной полости с координатами, размером и ориентацией органов в пространстве брюшной полости конкретного пациента.This technical result is achieved by creating a three-dimensional model of the abdominal cavity with the coordinates, size and orientation of organs in the space of the abdominal cavity of a particular patient.

Предложено устройство предоперационного моделирования хирургической процедуры, содержащее: объединенные общей шиной данных: блок получения данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества, блок создания трехмерной модели брюшной полости пациента, блок предоперационного моделирования хирургической процедуры, процессор, считывающий и выполняющий машинные инструкции (программы) с блоков постоянного хранения данных, временного хранения данных, блок постоянного хранения данных, представляющий собой постоянное запоминающее устройство, блок временного хранения данных, представляющий собой оперативное запоминающее устройство, обеспечивающее временное хранение данных, схему питания соединенную с блоком питания, интерфейсы ввода/вывода, средства ввода/вывода.A device for preoperative modeling of a surgical procedure is proposed, comprising: combined data bus: a unit for receiving data containing information about a patient’s examination using a contrast medium, a unit for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity, a unit for preoperative modeling of a surgical procedure, a processor that reads and executes machine instructions ( programs) from blocks of permanent data storage, temporary storage of data, block of permanent data storage, representing a permanent memory unit temporarily storing data representing a random access memory providing temporary storage of data supply circuit connected to the power supply, input / output interfaces, I / O means.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 - визуализация магистральных сосудов, полученная с помощью метода КТ пациента с внутривенным контрастированием;FIG. 1 - visualization of the great vessels obtained using the CT method of the patient with intravenous contrast;

Фиг. 2 -визуализация групп сосудов, принадлежащая определенным органам.FIG. 2 - visualization of groups of vessels belonging to certain organs.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE TECHNICAL SOLUTION

Ниже будут рассмотрены некоторые термины, которые в дальнейшем будут использоваться при описании технического решения.Below we will consider some terms that will be used later in the description of the technical solution.

Лапароскопия - современный метод хирургии, в котором операции на внутренних органах проводят через небольшие (обычно 0,5-1,5 см) отверстия, в то время как при традиционной хирургии требуются большие разрезы.Laparoscopy is a modern method of surgery in which operations on the internal organs are carried out through small (usually 0.5-1.5 cm) openings, while traditional surgery requires large incisions.

Рентгеноконтрастные вещества (син. контрастные вещества) - средства, используемые для визуализации невидимых или плохо видимых при обычном рентгенологическом исследовании органов или полостей тела. Эффект Р. в. основан на значительном увеличении разницы поглощения рентгеновского излучения исследуемыми анатомическими образованиями и окружающими их тканями.X-ray contrast agents (syn. Contrast agents) - means used to visualize invisible or poorly visible in a conventional x-ray examination of organs or body cavities. R.'s effect of century based on a significant increase in the difference in the absorption of x-rays by the studied anatomical formations and the surrounding tissues.

Компьютерная томография - метод неразрушающего послойного исследования внутреннего строения предмета. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями. В настоящее время рентгеновская компьютерная томография является основным томографическим методом исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.Computed tomography is a non-destructive layer-by-layer study of the internal structure of an object. The method is based on the measurement and complex computer processing of the difference in the attenuation of x-ray radiation by tissues of different density. Currently, x-ray computed tomography is the main tomographic method for studying the internal organs of a person using x-ray radiation.

Воксел (в разговорной речи воксель, англ. Voxel - образовано из слов: объемный (англ. volumetric) и пиксель (англ. pixel)) - элемент объемного изображения, содержащий значение элемента растра в трехмерном пространстве. Вокселы являются аналогами двумерных пикселей для трехмерного пространства. Воксельные модели часто используются для визуализации и анализа медицинской и научной информации.Voxel (colloquially voxel, English Voxel - formed from the words: volumetric (English volumetric) and pixel (English pixel)) - a volumetric image element containing the value of a raster element in three-dimensional space. Voxels are analogues of two-dimensional pixels for three-dimensional space. Voxel models are often used to visualize and analyze medical and scientific information.

Данное техническое решение обеспечивает возможность планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии за счет создания трехмерной модели брюшной полости с координатами, размером и ориентацией органов в пространстве брюшной полости конкретного пациента, также данное техническое решение позволяет более точно провести тренировочную сессию для обучаемых хирургов.This technical solution provides the possibility of planning and rehearsing a surgical operation of laparoscopy by creating a three-dimensional model of the abdominal cavity with the coordinates, size and orientation of organs in the space of the abdominal cavity of a particular patient, this technical solution also allows you to more accurately conduct a training session for trained surgeons.

Данное техническое решение может быть выполнено в виде устройства предоперационного моделирования хирургической процедуры, содержащей объединенные общей шиной данных: блок получения данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества, блок создания трехмерной модели брюшной полости пациента, блок предоперационного моделирования хирургической процедуры, процессор, считывающий и выполняющий машинные инструкции (программы) с блоков постоянного хранения данных, временного хранения данных, блок постоянного хранения данных, представляющий собой постоянное запоминающее устройство, блок временного хранения данных, представляющий собой оперативное запоминающее устройство, обеспечивающее временное хранение данных, схему питания соединенную с блоком питания, интерфейсы ввода/вывода, средства ввода/вывода.This technical solution can be made in the form of a device for preoperative modeling of a surgical procedure containing data shared by a common bus: a unit for obtaining data containing information about a patient’s examination using a contrast medium, a unit for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity, a unit for preoperative modeling of a surgical procedure, a processor, reading and executing machine instructions (programs) from blocks of permanent data storage, temporary data storage, block tinuous storing data representing a permanent memory unit temporarily storing data representing a random access memory providing temporary storage of data supply circuit connected to the power supply, input / output interfaces, I / O means.

В качестве средства обмена информацией между блоками в данном техническом решении может выступать компьютерная шина обмена данными.As a means of exchanging information between units in this technical solution, a computer data exchange bus can be used.

Блоки, используемые в данном техническом решении, могут быть реализованы с помощью электронных компонент, используемых для создания цифровых интегральных схем. Не ограничиваюсь, могут быть использоваться микросхемы, логика работы которых определяется при изготовлении, или программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), логика работы которых задается посредством программирования.The blocks used in this technical solution can be implemented using electronic components used to create digital integrated circuits. Not limited to, can be used microcircuits, the logic of which is determined during manufacture, or programmable logic integrated circuits (FPGA), the logic of which is set by programming.

Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Альтернативой ПЛИС являются: программируемые логические контроллеры (ПЛК), базовые матричные кристаллы (БМК), требующие заводского производственного процесса для программирования; ASIC - специализированные заказные большие интегральные схемы (БИС), которые при мелкосерийном и единичном производстве существенно дороже.For programming, programmers and debugging environments are used that allow you to specify the desired structure of a digital device in the form of a circuit diagram or programs in special equipment description languages: Verilog, VHDL, AHDL, etc. Alternative FPGAs are: programmable logic controllers (PLCs), base matrix crystals ( BMK) requiring a factory production process for programming; ASIC - specialized custom large integrated circuits (LSI), which are much more expensive in small-scale and single-unit production.

Также блоки могут быть реализованы с помощью постоянных запоминающих устройств (см. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с; Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник / А.Ю. Горденов и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 288 с).Blocks can also be implemented using read-only memory devices (see O. Lebedev. Memory microcircuits and their application. - M.: Radio and communications, 1990. - 160 s; Large integrated circuits of memory devices: Reference / A.Yu. Gordenov et al. - M.: Radio and Communications, 1990. - 288 s).

Таким образом, реализация всех используемых блоков достигается стандартными средствами, базирующимися на классических принципах реализации основ вычислительной техники.Thus, the implementation of all used blocks is achieved by standard means based on the classical principles of implementing the foundations of computer technology.

Блок получения данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества обладает следующим функционалом:The block for obtaining data containing information about the study of the patient using a contrast medium has the following functionality:

Получают данные, содержащие информацию об исследовании пациента с применением контрастного веществаReceive data containing information about the study of the patient using a contrast medium

Подробную информацию о пациенте можно получить из данных исследования, например, компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и др.Detailed information about the patient can be obtained from research data, for example, computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), etc.

Современные томографы сохраняют данные об исследовании пациента в специальном формате DICOM. DICOM-файл содержит информацию об интенсивности или плотности тканей в конкретном срезе, в каждой точке среза. Срезы могут производиться в трех плоскостях: сагиттальной, фронтальной, горизонтальной. DICOM файлы объединяются в серию и представляют набор последовательных срезов органа или участка тела. Назовем данные в серии, все точки (вокселы) каждого среза в серии, массив данных исследования, который представляет собой 3x мерный массив, где каждый элемент массива хранит координаты точки и плотность ткани. Загрузка, обработка, использование информации хранящейся в DICOM-файлах не представляет технической сложности исходя их текущего уровня техники.Modern tomography scanners store patient examination data in a special DICOM format. The DICOM file contains information about the intensity or density of tissues in a particular section, at each point of the section. Slices can be made in three planes: sagittal, frontal, horizontal. DICOM files are combined in a series and represent a set of consecutive sections of an organ or part of the body. We name the data in the series, all the points (voxels) of each slice in the series, the data array of the study, which is a 3x dimensional array, where each element of the array stores the coordinates of the point and the density of the tissue. Downloading, processing, using information stored in DICOM files does not present technical complexity based on their current level of technology.

Компьютерная томография сохраняет в файлах рентгеновскую плотность, которая зависит от физической плотности тканей. Для количественной оценки рентгеновской плотности используется шкала Хаунсфилда, диапазон плотностей тканей составляет -1024 до +3071 HU. Средние показатели по шкале Хаунсфилда: воздух -1000 HU, жир -120 HU, вода 0 HU, мягкие ткани +40 HU, кости +400 HU и выше.Computed tomography stores x-ray density in files, which depends on the physical density of the tissues. To quantify the x-ray density, the Hounsfield scale is used, the range of tissue densities is -1024 to +3071 HU. Hounsfield averages: air -1000 HU, fat -120 HU, water 0 HU, soft tissue +40 HU, bones +400 HU and above.

Блок создания трехмерной модели брюшной полости пациента обладает следующим функционалом:The block for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity has the following functionality:

Выделяют и определяют из данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества, путем фильтрации массива данных исследования в диапазоне плотностей, соответствующих кровеносным сосудам, следующие параметры: расположение, траекторию и размер магистральных кровеносных сосудов и групп сосудов, омывающих органы брюшной полости пациента.The following parameters are isolated and determined from data containing information about the study of a patient using a contrast agent by filtering an array of research data in the range of densities corresponding to blood vessels: location, trajectory and size of the main blood vessels and groups of vessels washing the organs of the patient's abdominal cavity.

КТ пациента не позволяет отличить одни органы от других в автоматическом режиме, поскольку плотность внутренних органов примерно одинаковая, это является основной проблемой при генерации 3д модели пациента по данным исследования КТ. Но существует метод исследования КТ с внутривенным контрастированием, который позволяет повысить «видимость» артериальных и венозных сосудов для рентгеновского излучения, при этом плотность сосудов по шкале Хаунсфилда будет повышена. Этот метод исследования применяется при КТ ангиографии и позволяет оценить просвет сосудов, наличие тромбов, аневризм, истончений стенки. Внутривенное контрастирование позволяет выделить данные о сосудах из общего массива данных исследования КТ. На Фиг. 1 изображена визуализация магистральных сосудов, полученная с помощью метода КТ пациента с внутривенным контрастированием.A patient’s CT scan does not allow one to distinguish one organ from another in automatic mode, since the density of internal organs is approximately the same, this is the main problem when generating a 3D patient model according to a CT scan. But there is a method for studying CT with intravenous contrast, which allows you to increase the "visibility" of arterial and venous vessels for x-ray radiation, while the density of blood vessels on the Hounsfield scale will be increased. This research method is used for CT angiography and allows you to evaluate the lumen of blood vessels, the presence of blood clots, aneurysms, thinning of the wall. Intravenous contrasting allows you to select the data on the vessels from the total array of data from the study of CT. In FIG. 1 shows the visualization of the great vessels obtained using the CT method of a patient with intravenous contrast.

На основании полученных на предыдущем шаге параметров создают карту кровеносных сосудов пациента.Based on the parameters obtained in the previous step, a map of the patient’s blood vessels is created.

Делается это при помощи построения скелета модели сосудов. Скелет модели сосудов представляет собой набор связанных между собой данных, хранящих информацию о траектории сосудов и ширине сосуда в каждой точке траектории. Принцип построение скелета модели сосудов на основе массива данных исследования подробно описан в статье Ятченко A.M., Крылов А.С., Гаврилов А.В., Архипов И.В. Построение 3D модели кровеносных сосудов по серии КТ изображений печени / Conf. Proc. of the 19th International Conference on Computer Graphics and Vision "GraphiCon'2009", Moscow, 2009.This is done by constructing the skeleton of the vessel model. The skeleton of the vessel model is a set of related data storing information about the trajectory of the vessels and the width of the vessel at each point of the trajectory. The principle of constructing a skeleton of a vessel model based on an array of research data is described in detail in the article by Yatchenko A.M., Krylov AS, Gavrilov AV, Arkhipov IV Building a 3D model of blood vessels from a series of CT images of the liver / Conf. Proc. of the 19th International Conference on Computer Graphics and Vision "GraphiCon'2009", Moscow, 2009.

Сначала выделяют данные о сосудах, путем фильтрации массива данных исследования в диапазоне плотностей соответствующих сосудам. После бинаризации массива данных исследования, сосуды на срезе представлены в виде односвязных областей точек, при этом если спроецировать два соседних среза друг на друга, то области точек одного и того же сосуда частично перекроют друг друга. Степень перекрытия зависит от шага среза при исследовании, который может составлять от 0,5 мм. Частичное перекрытие областей точек, принадлежащих одному сосуду, на соседних срезах позволяет построить траекторию сосуда, количество точек в области точек сосуда позволяет вычислить примерную ширину сосуда (диаметр сосуда), наличие общих областей точек разных сосудов (когда сосуды разделяются или объединяются) позволяет определить связь сосудов и построить скелет модели сосудов.First, data on the vessels is extracted by filtering the array of research data in the density range corresponding to the vessels. After binarization of the research data array, the vessels on the slice are presented in the form of simply connected regions of points; moreover, if two adjacent slices are projected onto each other, then the region of points of the same vessel will partially overlap each other. The degree of overlap depends on the step of the cut during the study, which can be from 0.5 mm. Partial overlapping of the areas of points belonging to one vessel on adjacent sections allows one to construct a vessel trajectory, the number of points in the area of vessel points allows one to calculate the approximate vessel width (vessel diameter), the presence of common areas of points of different vessels (when vessels are separated or combined) allows us to determine the relationship between vessels and build a skeleton model of blood vessels.

На основании карты кровеносных сосудов пациента создают карту брюшной полости пациента путем соотнесения расположения, траектории и размера магистральных кровеносных сосудов и групп сосудов, омывающих органы брюшной полости пациента с координатами, размером и ориентацией органов в пространстве брюшной полости пациента.On the basis of the patient’s blood vessel map, a map of the patient’s abdominal cavity is created by correlating the location, trajectory and size of the main blood vessels and groups of vessels washing the organs of the patient’s abdominal cavity with the coordinates, size and orientation of organs in the space of the patient’s abdominal cavity.

Кровеносные сосуды человека ветвятся. Основные магистральные сосуды имеют больший диаметр, чем сосуды, которые подводят и отводят кровь от органов. Скелет модели сосудов позволяет вычислить, на основе ширины сосуда в каждой точке траектории, основные магистральные сосуды и ветви подводящих и отводящих сосудов. В одном из вариантов осуществления описываемого технического решения врачом (либо оператором, в полуавтоматическом режиме) определяется принадлежность веток сосудов в скелете модели сосудов, определенному органу.Human blood vessels branch. The main great vessels have a larger diameter than the vessels that supply and remove blood from organs. The skeleton of the vessel model allows you to calculate, based on the width of the vessel at each point of the trajectory, the main trunk vessels and branches of the supply and discharge vessels. In one of the embodiments of the described technical solution, the doctor (or the operator, in a semi-automatic mode) determines the affiliation of the vascular branches in the skeleton of the vascular model to a specific organ.

Под группой сосудов, омывающих орган, подразумевается набор сосудов в пространстве, принадлежащих определенном органу. Группа сосудов вычисляется из каждой ветки сосудов имеющей принадлежность к органу, при этом в группу сосудов попадают сосуды, обладающие наименьшей шириной, а так же крайние сосуды в каждой ветке сосудов. Группа сосудов, омывающих орган, содержит информацию о координатах органа, размере (объеме) органа, ориентации органа в пространстве.By a group of vessels washing an organ is meant a set of vessels in space belonging to a particular organ. A group of vessels is calculated from each branch of vessels belonging to an organ, while vessels with the smallest width, as well as extreme vessels in each branch of vessels fall into the group of vessels. The group of vessels washing the organ contains information on the coordinates of the organ, the size (volume) of the organ, and the orientation of the organ in space.

На Фиг. 2 изображена визуализация групп сосудов, принадлежащая определенным органам.In FIG. 2 shows a visualization of a group of vessels belonging to certain organs.

На основании созданной на предыдущем шаге карты брюшной полости пациента создают трехмерную модель брюшной полости пациента путем масштабирования шаблонной трехмерной модели пациента.Based on the map of the patient’s abdominal cavity created in the previous step, a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity is created by scaling the template three-dimensional model of the patient.

Масштабирование брюшной полости шаблонной трехмерной модели пациента включает изменение размеров трехмерной модели брюшной полости, изменение формы трехмерной модели брюшной полости в соответствии с формой тела пациента.Scaling of the abdominal cavity of the template three-dimensional model of the patient includes resizing the three-dimensional model of the abdominal cavity, changing the shape of the three-dimensional model of the abdominal cavity in accordance with the shape of the patient’s body.

Изменение размеров трехмерной модели брюшной полости может быть произведено по двум ключевым точкам, которые определяются оператором в массиве данных исследования. При этом трехмерная модель брюшной полости так же должна содержать соответствующие ключевые точки. Например, в качестве ключевых точек могут выступать точки начала и конца поясничного отдела позвоночника. Зная разрешение изображения и расстояние между срезами в серии можно вычислить расстояние между ключевыми точками и масштабировать трехмерную модель брюшной полости в соответствии с вычисленным расстоянием. В одном из вариантов осуществления описываемого технического решения ключевые точки задаются врачом (или оператором) на основе данных исследования, например: при визуализации этих данных отметить начальную и конечную точки.Resizing a three-dimensional model of the abdominal cavity can be done at two key points, which are determined by the operator in the data array of the study. In this case, the three-dimensional model of the abdominal cavity should also contain the corresponding key points. For example, the key points may be the beginning and end points of the lumbar spine. Knowing the resolution of the image and the distance between the slices in the series, you can calculate the distance between the key points and scale the three-dimensional model of the abdominal cavity in accordance with the calculated distance. In one embodiment of the described technical solution, key points are set by a doctor (or operator) based on research data, for example: when visualizing these data, mark the start and end points.

Данные об исследовании пациента хранят информацию о внешних границах брюшной полости пациента. Точки на внешней границе брюшной полости, имеют плотность, отличающуюся от плотности воздуха, граничат с точками имеющими плотность воздуха и максимально приближены к внешним границам среза. Набор точек на внешней границе брюшной полости, определяет форму тела пациента и используется при изменении формы трехмерной модели брюшной полости в соответствии с формой тела пациента.Patient study data stores information about the external borders of the patient’s abdominal cavity. Points on the external border of the abdominal cavity, have a density different from the density of the air, border on points with a density of air and are as close as possible to the outer borders of the cut. A set of points on the external border of the abdominal cavity determines the shape of the patient’s body and is used when changing the shape of the three-dimensional model of the abdominal cavity in accordance with the shape of the patient’s body.

Таким образом, на основе массива данных исследования конкретного пациента, строится карта органов брюшной полости пациента, которая включает размеры брюшной полости пациента, координаты органов, размер (объем) органов, ориентацию органов в пространстве, скелет модели сосудов, включающий траекторию сосудов и ширину сосудов в каждой точке траектории.Thus, based on an array of research data for a specific patient, a map of the organs of the patient’s abdominal cavity is constructed, which includes the sizes of the patient’s abdominal cavity, the coordinates of the organs, the size (volume) of organs, the orientation of organs in space, the skeleton of the vessel model, including the trajectory of the vessels and the width of the vessels in each point of the trajectory.

Шаблонная трехмерная модель пациента включает трехмерную модель брюшной полости, трехмерные модели органов.Template three-dimensional model of the patient includes a three-dimensional model of the abdominal cavity, three-dimensional models of organs.

В одном из вариантов осуществления описываемого технического решения масштабирование шаблонной трехмерной модели пациента в соответствии с картой органов брюшной полости пациента включает следующие этапы:In one embodiment of the described technical solution, scaling a template three-dimensional patient model in accordance with a map of the patient’s abdominal organs includes the following steps:

масштабирование брюшной полости по размерам брюшной полости пациента;scaling of the abdominal cavity according to the size of the abdominal cavity of the patient;

масштабирование и позиционирование органов;scaling and positioning of organs;

генерацию магистральных сосудов в соответствии с траекторией и размером сосудов.generation of major vessels in accordance with the trajectory and size of the vessels.

В качестве варианта, масштабирование шаблонной трехмерной модели пациента в соответствии с картой органов брюшной полости пациента может дополнительно включать выбор шаблонов моделей органов, например: модели с какими-либо дефектами, пораженные болезнями.Alternatively, scaling the template three-dimensional model of the patient in accordance with the map of the organs of the abdominal cavity of the patient may additionally include the selection of patterns of models of organs, for example: models with any defects affected by diseases.

В результате масштабирования шаблонной трехмерной модели пациента в соответствии с картой органов брюшной полости пациента, происходит генерация трехмерной модели брюшной полости с органами и сосудами, расположение которых подобно расположению органов и сосудов в реальном конкретном пациенте.As a result of scaling the template three-dimensional model of the patient in accordance with the map of the organs of the patient’s abdominal cavity, a three-dimensional model of the abdominal cavity is generated with organs and vessels, the location of which is similar to the location of organs and blood vessels in a real specific patient.

Блок предоперационного моделирования хирургической процедуры обладает следующим функционалом:The block of preoperative modeling of a surgical procedure has the following functionality:

Используют созданную блоком создания трехмерной модели брюшной полости пациента трехмерную модель брюшной полости пациента для последующего моделирования тренировочной хирургической операции. Моделирование тренировочной операции раскрыто в известном уровне техники, известны тренажеры лапароскопической хирургии, которые позволяют моделировать хирургическое вмешательство, при этом пользователь, используя средства ввода/вывода, проводит хирургическую операцию в виртуальном пространстве.A three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity created by the unit for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity is used for subsequent simulation of a training surgical operation. Simulation of a training operation is disclosed in the prior art, laparoscopic surgery simulators are known that allow to simulate a surgical intervention, while the user, using input / output means, conducts the surgical operation in virtual space.

Интерфейсы ввода/вывода (В/В) представляют собой стандартные порты и средства сопряжения устройств и передачи данных, выбираемые исходя из необходимой конфигурации исполнения устройства, в частности: USB (2.0, 3.0, USB-C, micro, mini), Ethernet, PCI, AGP, COM, LPT, PS/2, SATA, Fire Wire, Lightning и т.п.I / O interfaces (I / O) are standard ports and devices for pairing devices and transmitting data, selected based on the desired configuration of the device, in particular: USB (2.0, 3.0, USB-C, micro, mini), Ethernet, PCI , AGP, COM, LPT, PS / 2, SATA, Fire Wire, Lightning, etc.

Средства В/В также выбираются из известного спектра различных устройств, например, клавиатура, тачпад, сенсорный дисплей, монитор, проектор, манипулятор мышь, джойстик, трекбол, световое перо, стилус, устройства вывода звука (колонки, наушники, встроенные динамики, зуммер) и т.п.I / O facilities are also selected from a well-known range of different devices, for example, a keyboard, touchpad, touch screen, monitor, projector, mouse, joystick, trackball, light pen, stylus, sound output devices (speakers, headphones, built-in speakers, buzzer) etc.

Блок питания в описываемом в техническом решении может представлять собой электронное устройство, обеспечивающее преобразование переменного электрического тока в постоянный, с параметрами, необходимыми для питания других элементов устройства определения интересов ребенка и оценки уровня угроз ребенку в интернете.The power supply unit described in the technical solution may be an electronic device that provides the conversion of alternating electric current into direct current, with parameters necessary for powering other elements of the device to determine the interests of the child and assess the level of threats to the child on the Internet.

Процессор может представлять собой электронный блок либо интегральную схему (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (программы). Блок обработки информации считывает и выполняет машинные инструкции (программы) с блоков постоянного хранения данных, временного хранения данных.The processor can be an electronic unit or an integrated circuit (microprocessor) that executes machine instructions (programs). The information processing unit reads and executes machine instructions (programs) from the blocks of permanent data storage, temporary data storage.

Блок постоянного хранения данных может представлять собой ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), флэш-память, жесткие диски (HDD), твердотельные накопители (SSD), оптические приводы.The permanent data storage unit can be a ROM (read only memory), flash memory, hard disks (HDD), solid state drives (SSD), optical drives.

Блок временного хранения данных представляет собой ОЗУ -оперативное запоминающее устройство, обеспечивающее временное хранение данных.The temporary data storage unit is a RAM-operational memory device that provides temporary data storage.

Специалисту в данной области, очевидно, что конкретные варианты осуществления устройства предоперационного моделирования хирургической процедуры описаны здесь в целях иллюстрации, допустимы различные модификации, не выходящие за рамки и сущности объема изобретения.It will be apparent to those skilled in the art that specific embodiments of a device for preoperative modeling of a surgical procedure are described herein for purposes of illustration, various modifications are permissible without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (1)

Устройство предоперационного моделирования хирургической процедуры, содержащее объединенные общей шиной данных: блок получения данных, содержащих информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества, блок создания трехмерной модели брюшной полости пациента, блок предоперационного моделирования хирургической процедуры, процессор, считывающий и выполняющий машинные инструкции с блоков постоянного хранения данных, временного хранения данных, блок постоянного хранения данных, представляющий собой постоянное запоминающее устройство, блок временного хранения данных, представляющий собой оперативное запоминающее устройство, обеспечивающее временное хранение данных, схему питания, соединенную с блоком питания, интерфейсы ввода/вывода, средства ввода/вывода. A device for preoperative modeling of a surgical procedure containing data shared by a common bus: a unit for obtaining data containing information about a patient’s examination using a contrast medium, a unit for creating a three-dimensional model of the patient’s abdominal cavity, a unit for preoperative modeling of a surgical procedure, a processor that reads and executes machine instructions from constant units data storage, temporary data storage, a unit of permanent data storage, which is a permanent storage inayuschee device unit temporarily storing data representing a random access memory providing temporary storage of data, power supply circuit coupled to the power supply, input / output interfaces, I / O means.
RU2017112090U 2017-08-24 2017-08-24 DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE RU178470U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112090U RU178470U1 (en) 2017-08-24 2017-08-24 DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112090U RU178470U1 (en) 2017-08-24 2017-08-24 DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178470U1 true RU178470U1 (en) 2018-04-04

Family

ID=61867851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017112090U RU178470U1 (en) 2017-08-24 2017-08-24 DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178470U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110236868A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Ran Bronstein System and method for performing a computerized simulation of a medical procedure
WO2012150596A1 (en) * 2011-05-02 2012-11-08 Simbionix Ltd. System and method for performing a hybrid simulation of a medical procedure
US8500451B2 (en) * 2007-01-16 2013-08-06 Simbionix Ltd. Preoperative surgical simulation
US8543338B2 (en) * 2007-01-16 2013-09-24 Simbionix Ltd. System and method for performing computerized simulations for image-guided procedures using a patient specific model

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8500451B2 (en) * 2007-01-16 2013-08-06 Simbionix Ltd. Preoperative surgical simulation
US8543338B2 (en) * 2007-01-16 2013-09-24 Simbionix Ltd. System and method for performing computerized simulations for image-guided procedures using a patient specific model
US20110236868A1 (en) * 2010-03-24 2011-09-29 Ran Bronstein System and method for performing a computerized simulation of a medical procedure
WO2012150596A1 (en) * 2011-05-02 2012-11-08 Simbionix Ltd. System and method for performing a hybrid simulation of a medical procedure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Calhoun et al. Three-dimensional volume rendering of spiral CT data: theory and method
CN104246855B (en) Tumour ablation training system
Nuzhnaya et al. Computer simulation and navigation in surgical operations
CN109389669A (en) Human 3d model construction method and system in virtual environment
CN101477706B (en) Simulated operation planning method based on medical image
ES2824257T3 (en) Orthopedic surgery planning system
CN113100935A (en) Preoperative puncture path planning method and training system for lung puncture operation
Kretowski et al. Physiologically based modeling of 3-D vascular networks and CT scan angiography
De Visser et al. Developing a next generation colonoscopy simulator
RU2685961C2 (en) Surgical procedure preoperative modeling method and system
Dev Imaging and visualization in medical education
Robb et al. Patient-specific anatomic models from three dimensional medical image data for clinical applications in surgery and endoscopy
RU178470U1 (en) DEVICE FOR PREOPERATIVE SIMULATION OF SURGICAL PROCEDURE
Faso Haptic and virtual reality surgical simulator for training in percutaneous renal access
Li et al. Three-dimensional reconstruction of paracentesis approach in transjugular intrahepatic portosystemic shunt
Kumar et al. 3D reconstruction of facial structures from 2D images for cosmetic surgery
RU2684760C1 (en) Method and system for pre-operative modeling of medical procedure
Sousa et al. Novel virtual nasal endoscopy system based on computed tomography scans
RU2802129C1 (en) Method of virtual simulation of retrograde intrarenal surgery for treatment of urolithiasis, used in teaching endourological manipulation skills and in planning surgery using a flexible ureteroscope
Neubauer Virtual Endoscopy for preoperative planning and training of endonasal transsphenoidal pituitary surgery
Lu et al. ASSIST‐U: A system for segmentation and image style transfer for ureteroscopy
Yadav et al. Advanced Computed Tomography Applications and Software
Mou et al. An automatic eHealth platform for cardiovascular and cerebrovascular disease detection
Sauvage Patient-specific blood flow modelling
Kazakbayevich et al. The process of extensive use of computer graphics in the diagnosis of renal function