CN106580477A - 一种腹部外科精准手术系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腹部外科精准手术系统及方法。包含腹腔镜主机、高分辨影像采集卡、影像处理计算机、显示屏。与腹腔镜主机高清视频输出端子相连接的高分辨影像采集卡将病患腹部器官影像输出到影像处理计算机中，通过本发明的方法，经由MRI断层扫描影像重建的病患腹部器官的三维实体影像的视点方位、比例大小，受腹腔镜视点以及方位参数驱动，当实体三维影像体表关键点与腹腔镜影像体表关键点重合时，实体三维影像叠加显示于腹腔镜影像上。用本发明的系统，可实现增强现实虚拟环境下腹部器官内部各类影像的实时显示，引导外科医生实施精准手术。与现有技术相比，可以有效降低出血、缩短手术时间，最大限度地保留残存器官。

Description

一种腹部外科精准手术系统及方法

技术领域

本发明涉及腹部外科手术，具体涉及一种腹部外科精准手术系统及方法。

背景技术

腹部外科手术，特别是针对肝胆胰的腹部外科手术多年来已经取得了极大的发展，从早期的开腹手术发展到了腹腔镜手术以及最新的达芬奇机器人手术。然而，即使是最新的达芬奇机器人手术，也仅仅是在腹腔镜手术上做了视野、手术微量运动等精确控制方面的提升，这类改进的优越性充分体现在以下几个方面：利用电子信息的特点，可以实现远程控制和远程操作；利用机械手臂来执行人手的操作可以避免术者手部颤动带来的负面影响；利用双视野摄像镜头扩大了术者视野，实现了初步的裸眼三维显示，使之更逼近开腹手术的视野。

以上提升虽然极大地提高了术者实施微小动作的精确性和稳定性，但是并没有彻底地改变外科医生手术的基本现状：术者能看到的病患器官仍然仅仅是器官体表，无法利用断层扫描影像来准确定位器官内部的各类关键组织以及器官内部的病灶点。由此，并没有从实质上对术者的手术提升根本的改变。如何利用病患的断层扫描数据，使术者在手术过程中能够精确定位病灶点，有效避开血管等关键管道，是一项亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种腹部外科精准手术系统及方法。

本发明的技术方案是：一种腹部外科精准手术系统及方法，包含腹腔镜主机、高分辨影像采集模块、影像处理计算机、显示屏，断层扫描数据文件、断层扫描文件-3D实体转换软件、病患腹部器官3D实体影像、腹腔镜影像-3D实体影像显示和叠加锁定方法，其特征在于，所述高分辨影像采集模块与腹腔镜主机高清视频输出端子相连接，高分辩影像采集模块的输出与影像处理计算机USB端口相连接。

病患腹部器官3D实体影像与腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的特征在于，依据以下步骤实现病患腹部器官三维实体影像关键点的显示方位和显示比例与病患腹腔镜腹部器官体表影像关键点的显示方位和显示比例同步锁定，当实体三维影像体表关键点与腹腔镜影像体表关键点重合锁定时，实体三维影像与腹腔镜影像叠加显示于影像处理计算机显示屏上，否则仅显示腹腔镜影像：

步骤1 输入病患的CT或MRI断层扫描数据文件；

步骤2 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维体表实体影像文件；

步骤3 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维血管、管道实体影像文件；

步骤4 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维韧带、肌肉实体影像文件；

步骤5 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的肿瘤、结石等占位实体影像文件；

步骤6 在主要器官上选取至少3个在术中相对位置不发生变化的器官关键点的X、Y、Z坐标；

步骤7 把选取的至少3个体表关键点的坐标存入影像处理计算机内存；

步骤8 利用高清视频数据采集模块将由腹腔镜主机输出的高清视频信号采集到影像处理计算机内存；

步骤9 人工选取腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，存入影像处理计算机内存；

步骤10 根据人工选取的腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，实时驱动实体三维影像，使预先提取的至少3个关键与腹腔镜影像的三个关键点的X、Y、Z坐标重合；

步骤11 判别两个影像各自关键点在X、Y、Z坐标之间的差值，当差值小于预先设定的值时，表示两个影像重叠锁定成功，预先设定的差值为1毫米；

步骤12 若锁定成功，将腹腔镜影像与三维实体影像重叠显示于影像处理计算机显示器上，否则，仅显示腹腔镜影像。

与现有技术相比，采用本发明，可实现增强现实虚拟环境下腹部器官内部各类影像的实时显示，引导外科医生实施精准手术。通过本发明，可以有效降低出血、缩短手术时间，最大限度地保留残存器官。

附图说明

图1 为本发明的一种腹部外科精准手术系统的系统框图。

图2为本发明的腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的病患腹部主要器官的断层扫描影像-3D实体影像的转换流程框图。

图3 为本发明的腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的病患主要器官3D实体影像的动态显示驱动流程图。

图4 为本发明的腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的从病患主要器官3D实体影像体表关键点坐标提取的流程图。

图5 为本发明的腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的从腹腔镜影像中提取病患主要器官体表关键点的流程图。

图6 为本发明的腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的腹腔镜影像与3D实体影像进行重叠锁定计算的流程图。

图7为对肝脏体表进行透明处理、以便于观察到肝脏内部血管和肝管的影像图。

图8为对肝脏体表进行透明处理、以便于观察到肝脏内部血管和肝管时，另一视角和比例参数下的影像图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种腹部外科精准手术系统及方法包含腹腔镜8、腹腔镜主机7、显示屏1、高分辨影像采集模块2、影像处理计算机3、断层扫描数据文件4、断层扫描文件-3D实体转换软件5、病患腹部器官3D实体影像文件6。在本实施例中，腹腔镜8以及腹腔镜主机7为奥林巴斯腹腔镜；高分辨影像采集模块2为 tc-ub530；断层扫描文件-3D实体转换软件5为yorktal。腹腔镜8、腹腔镜主机7、显示屏1为传统腹腔镜系统，高分辨影像采集模块2的数据输入端口与腹腔镜主机7的数据输出口相连接，高分辨影像采集模块2的数据输出端口与影像处理计算机3的USB口相连接。病患腹部器官三维实体影像的显示视点方位和比例与病患腹腔镜腹部器官体表影像视点的方位和比例同步锁定，当实体三维影像体表关键点与腹腔镜影像体表关键点重合锁定时，实体三维影像与腹腔镜影像叠加显示于影像处理计算机显示屏上，否则，仅显示腹腔镜影像。

实体三维影像体表关键点与腹腔镜影像体表关键点重合锁定的具体步骤和方法结合图2至图6的具体实施步骤流程框图说明。

步骤1 输入病患的CT或MRI断层扫描数据文件；

步骤2 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维体表实体影像文件；

步骤3 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维血管、管道实体影像文件；

步骤4 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维韧带、肌肉实体影像文件；

步骤5 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的肿瘤、结石等占位实体影像文件；

步骤6 在主要器官上选取至少3个在术中相对位置不发生变化的器官关键点的X、Y、Z坐标；

步骤7 把选取的至少3个体表关键点的坐标存入影像处理计算机内存；

步骤8 利用高清视频数据采集模块将由腹腔镜主机输出的高清视频信号采集到影像处理计算机内存；

步骤9 人工选取腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，存入影像处理计算机内存；

步骤10 根据人工选取的腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，实时驱动实体三维影像，使预先提取的至少3个关键与腹腔镜影像的三个关键点的X、Y、Z坐标重合；

步骤11 判别两个影像各自关键点在X、Y、Z坐标之间的差值，当差值小于预先设定的值时，表示两个影像重叠锁定成功，预先设定的差值为1毫米；

步骤12 若锁定成功，将腹腔镜影像与三维实体影像重叠显示于影像处理计算机显示器上，否则，仅显示腹腔镜影像。

图7、图8为对肝脏体表进行透明处理、以便于观察到肝脏内部血管和肝管时，不同视角和比例参数下的影像图。

本发明的一种腹部外科精准手术系统及方法所述腹腔镜8、腹腔镜主机7、显示屏1、病患断层扫描数据文件4、断层扫描文件-3D实体转换软件5均为现有公知技术装置和公知软件，不再赘述。

Claims (2)

1.一种腹部外科精准手术系统及方法，包含腹腔镜主机、高分辨影像采集模块、影像处理计算机、显示屏，断层扫描数据文件、断层扫描文件-3D实体转换软件、病患腹部器官3D实体影像与腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法，其特征在于，所述高分辨影像采集卡与腹腔镜主机高清视频输出端子相连接，高分辩影像采集卡的输出与影像处理计算机USB端口相连接。

2.权利要求1所述病患腹部器官3D实体影像与腹腔镜影像-3D实体影像叠加锁定方法的特征在于，依据以下步骤实现病患腹部器官三维实体影像的显示视点方位和比例与病患腹腔镜腹部器官体表影像视点的方位和比例同步锁定，当实体三维影像体表关键点与腹腔镜影像体表关键点重合锁定时，实体三维影像与腹腔镜影像叠加显示于影像处理计算机显示屏上：

步骤1 输入病患的CT或MRI断层扫描数据文件；

步骤2 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维体表实体影像文件；

步骤3 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维血管、管道实体影像文件；

步骤4 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的三维韧带、肌肉实体影像文件；

步骤5 利用断层扫描文件-3D实体转换软件生成腹部主要器官肝、胆、胰腺的肿瘤、结石等占位实体影像文件；

步骤6 在主要器官上选取至少3个在术中相对位置不发生变化的器官关键点的X、Y、Z坐标；

步骤7 把选取的至少3个体表关键点的坐标存入影像处理计算机内存；

步骤8 利用高清视频数据采集模块将由腹腔镜主机输出的高清视频信号采集到影像处理计算机内存；

步骤9 人工选取腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，存入影像处理计算机内存；

步骤10 根据人工选取的腹腔镜影像中至少3个腹部主要器官体表关键点的X、Y、Z坐标，实时驱动实体三维影像，使预先提取的至少3个关键与腹腔镜影像的三个关键点的X、Y、Z坐标重合；

步骤11 判别两个影像各自关键点在X、Y、Z坐标之间的差值，当差值小于预先设定的值时，表示两个影像重叠锁定成功，预先设定的差值为1毫米；

步骤12 若锁定成功，将腹腔镜影像与三维实体影像重叠显示于影像处理计算机显示器上，否则，仅显示腹腔镜影像。