CN109171961A - 基于vr或ar技术的pkp手术指导系统 - Google Patents
基于vr或ar技术的pkp手术指导系统 Download PDFInfo
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Abstract
基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，它涉及PKP领域。它包含基础信息、手术前、手术中、手术后。本发明有益效果为：直接放大手术创口，患者的彩超、MRI、CT图像等将直接映在手术部位，让医生能够看到肉眼难以分辨的细微情况，获得“透视”功能，大大提高手术操作的效率和舒适度，该系统可推广到各个医疗机构，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及PKP领域，具体涉及基于VR或AR技术的PKP手术指导系统。
背景技术
随着VR技术的突飞猛进，VR覆盖的应用领域也越来越广。其中虚拟现实VR医疗是VR技术最有意义的应用领域之一，虚拟现实VR医疗对人类来说是一大重要的进步。而且虚拟现实VR医疗的发展也是构建未来智慧医疗体系的必经之路。VR技术在医疗领域有着广泛的作用。虚拟现实技术给医生从无到有地制造了一个完全真实的体验经历，刚刚走出医学院校门的新手，借助虚拟手术系统可以成为经验丰富的外科手术高手。同时可以大大缩短培训的时间，培养更加专业的医生，大大减轻如今的医疗负担。
PKP不仅能矫正脊柱后凸畸形，还能够迅速缓解患者的疼痛，使其早期恢复功能锻炼。不但创伤小、恢复快，也为后继的病因治疗提供了时间和可能。
VR 虚拟现实在医疗领域的应用也是非常广泛的，美国VR全景医疗市场的发展也非常迅速。在美国VR全景医疗市场中，VR主要应用于外科手术、痛感控制、医疗教育、专业培训等方面，当然除了在美国VR全景医疗市场，在其他国家VR全景医疗市场也主要应用与这些方面。比如，美国尼克劳斯儿童医院与VR/AR公司Next Galaxy Crop联手，制作为医院手术专用设计的软件，进行手术培训；谷歌与多家医院合作测试谷歌眼镜，让医生利用谷歌眼镜投射CT扫码和核磁共振结果；伦敦的Virtual Exposure Therapy 公司利用VR来治疗恐惧症等。反观国内，也有不少创业公司瞄准了这一领域，如此前36氪报道的水立方、好医术等，但大部分仍集中于VR医学教学上。
目前市场上缺少将VR技术技术与PKP手术相结合的指导系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供基于VR/AR技术的PKP手术指导系统，直接放大手术创口，患者的彩超、MRI、CT图像等将直接映在手术部位，让医生能够看到肉眼难以分辨的细微情况，获得“透视”功能，大大提高手术操作的效率和舒适度，该系统可推广到各个医疗机构，具有良好的市场前景。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含基础信息、手术前、手术中、手术后。
所述基础信息包含：账号管理、患处建模系统、患者管理、手术室；
所述账号管理：每个医生有独立的账号管理自己的病人信息，安排自己的术前模拟方案内容；
所述患处建模系统：实现患者手术处由CTA/MRA资料到三维模型的过程，并且模型符合VR系统术前模拟演练的精度需要；
所述患者管理：将需要进行手术的患者基础信息和患处三维信息进行关联，组合成完整的病人信息，供医生查询掌握。在手术模拟过程中，是患者辨别和选择的依据；
所述手术室：系统将医院实际的手术室三维场景建模入系统中，并提供标准规范的三维手术设备和器材供医生在进行模拟手术时进行选择和使用，实现“真实”手术场景的搭建。
所述手术术前包含：术前方案模板、术前方案管理、手术方案推演、我的推演记录；
所述术前方案模板：医生设计出包含预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度等参数的术前方案；
所述术前方案管理：医生依照选择的术前方案模板，进行术前方案参数范围估值填写；
所述手术方案推演：医生搭建好手术环境后，进行患者的选择，系统自动提供患者各项身体参数信息，医生掌握这些信息后开始进行手术方案推演；手术完成后，系统会根据医生的实际操作情况，依据系统手术评分标准进行打分，并将操作信息视频保存；
所述我的推演记录：系统将医生的手术模拟以录屏的方式记录和保存在系统中，支持点击和回放；医生可以对自己的模拟记录进行删除和查询操作。
所述手术中包含：指导案例、CT影像、核磁影像、标绘面板、大屏管理；
所述指导案例：医生可以在“我的模拟记录”中设置某一个或多个模拟记录为指导案例，设置后，该模拟记录将在“指导案例”中可见，而指导案例是所有人员共享可见的模块；
所述CT影像：系统集成CT影像系统，可以同时打开患者历史CT影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；
所述核磁影像：系统集成核磁影像系统，可以同时打开患者历史核磁影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；
所述标绘面板：系统提供标绘面板，可以在影像资料上面进行点线面的标绘，并可以放大局部；
所述大屏管理：手术中手术室触控播放大屏管理系统。系统资源关联系统中的“指导案例”库，可以简单快捷的打开术前模拟录屏视频资料，并控制播放速度，或者进行细节回放、重播。
所述手术后包含：手术评分标准、手术术后评估；
所述手术评分标准：患者术前均行CTA或MRA检查，将影像数据传入VR系统工作站中，进行VR立体三维重建，设计出预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度，确定手术方案，拟行经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)术者进行VR模拟手术，记录预定针尖位置距椎体中线及椎体前壁的距离，再与术中正侧位X线透视所测得的实际针尖距椎体中轴线及椎体前壁的距离做比较，计算差值，取差值大的一个参与最终评价，差值5mm 以下为优，5-10mm为良，10mm 以上为差。此标准在系统中提前设置为评分模型。
所述手术术后评估：对每个完成的手术按照评估标准进行打分，确定出手术完成质量的高低。
所述患处建模系统以CT/MRA断层图像为基础，综合运用计算机图像处理计算机图形学计算机辅助几何设计等理论，构造人骨的CAD三维模型，这个过程可以分为两大部分CTA/MRA图像数据采集和三维重建，它包含：人体骨骼、CTA断层图像、矢量轮廓数据、CAD三维模型、仿生骨骼。
所述术前方案参数必须在参数库中选择，即此参数的参考点或者基线、基面等数据是在三维建模中被考虑到的。
所述基于VR/AR技术的PKP手术指导系统的硬件要求需要PKP手术模拟器。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：直接放大手术创口，患者的彩超、MRI、CT图像等将直接映在手术部位，让医生能够看到肉眼难以分辨的细微情况，获得“透视”功能，大大提高手术操作的效率和舒适度，该系统可推广到各个医疗机构，具有良好的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统架构框图；
图2是患处建模系统流程框图。
具体实施方式
参看图1-图2所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含：基础信息、手术前、手术中、手术后。
所述基础信息包含：账号管理、患处建模系统、患者管理、手术室；
所述账号管理：每个医生有独立的账号管理自己的病人信息，安排自己的术前模拟方案内容；
所述患处建模系统：实现患者手术处由CTA/MRA资料到三维模型的过程，并且模型符合VR系统术前模拟演练的精度需要；
所述患者管理：将需要进行手术的患者基础信息和患处三维信息进行关联，组合成完整的病人信息，供医生查询掌握。在手术模拟过程中，是患者辨别和选择的依据；
所述手术室：系统将医院实际的手术室三维场景建模入系统中，并提供标准规范的三维手术设备和器材供医生在进行模拟手术时进行选择和使用，实现“真实”手术场景的搭建。
所述手术术前包含：术前方案模板、术前方案管理、手术方案推演、我的推演记录；
所述术前方案模板：医生设计出包含预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度等参数的术前方案；
所述术前方案管理：医生依照选择的术前方案模板，进行术前方案参数范围估值填写；
所述手术方案推演：医生搭建好手术环境后，进行患者的选择，系统自动提供患者各项身体参数信息，医生掌握这些信息后开始进行手术方案推演；手术完成后，系统会根据医生的实际操作情况，依据系统手术评分标准进行打分，并将操作信息视频保存；
所述我的推演记录：系统将医生的手术模拟以录屏的方式记录和保存在系统中，支持点击和回放；医生可以对自己的模拟记录进行删除和查询操作；
所述手术中包含：指导案例、CT影像、核磁影像、标绘面板、大屏管理；
所述指导案例：医生可以在“我的模拟记录”中设置某一个或多个模拟记录为指导案例，设置后，该模拟记录将在“指导案例”中可见，而指导案例是所有人员共享可见的模块；
所述CT影像：系统集成CT影像系统，可以同时打开患者历史CT影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；
所述核磁影像：系统集成核磁影像系统，可以同时打开患者历史核磁影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；
所述标绘面板：系统提供标绘面板，可以在影像资料上面进行点线面的标绘，并可以放大局部；
所述大屏管理：手术中手术室触控播放大屏管理系统。系统资源关联系统中的“指导案例”库，可以简单快捷的打开术前模拟录屏视频资料，并控制播放速度，或者进行细节回放、重播。
所述手术后包含：手术评分标准、手术术后评估；
所述手术评分标准：患者术前均行CTA或MRA检查，将影像数据传入VR系统工作站中，进行VR立体三维重建，设计出预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度，确定手术方案，拟行经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)术者进行VR模拟手术，记录预定针尖位置距椎体中线及椎体前壁的距离，再与术中正侧位X线透视所测得的实际针尖距椎体中轴线及椎体前壁的距离做比较，计算差值，取差值大的一个参与最终评价，差值5mm 以下为优，5-10mm为良，10mm 以上为差。此标准在系统中提前设置为评分模型。
所述手术术后评估：对每个完成的手术按照评估标准进行打分，确定出手术完成质量的高低。
所述患处建模系统以CT/MRA断层图像为基础，综合运用计算机图像处理计算机图形学计算机辅助几何设计等理论，构造人骨的CAD三维模型，这个过程可以分为两大部分CTA/MRA图像数据采集和三维重建，它包含：人体骨骼、CTA断层图像、矢量轮廓数据、CAD三维模型、仿生骨骼。
所述术前方案参数必须在参数库中选择，即此参数的参考点或者基线、基面等数据是在三维建模中被考虑到的。
该系统的硬件要求需要PKP手术模拟器，所述PKP手术模拟器是可以进行综合训练的，它可以模拟治疗中所遇到的各种情况，使受训的学院不但可以学习到各种手术技能，还可以进行完整的手术操作；它包含定位模拟、放置球囊模拟、拔针模拟。
所述定位模拟:根据CT影片，定位好，打好标记，消毒铺巾；模拟病人的病例，包括病史生命体征、骨折区，每个病例的难度和程度均不同。
所述腰穿针穿刺模拟：学员可以模拟腰穿针的穿刺，掌握不同病人的穿刺手感；穿刺要求：局部麻醉，切开皮肤约0.7mm，透视穿刺针位置，不停调整角度，宁外勿内，宁上勿下；工作套管置于椎体后缘3mm处，拔除针芯，准备钻；看进针的角度和深度，是否过中线，深度到达椎体前1/3即可；提供各种标准的穿刺针和模拟骨。
所述放置球囊模拟：学员模拟球囊的放置过程，掌握球囊的放置技巧；放置要求：将球囊置入最凹陷处，两个点必须外漏；扩张，压力不超过12，球囊不要大于2ml，边扩边透；注入骨水泥,工作时间约8分钟开始，到14分钟，共6分钟，时间非常充足,边打边透，每1/3管透1次，随时观察病人情况，麻醉师盯紧，打1管退0.5cm再打，适可而止,一般一个腰椎可以打3-4管（3.6-4.8ml）；提供骨水泥和球囊。
所述拔针模拟：学员训练对拔针条件的判断；判断条件：骨水泥差不多发热、凝固时
所述PKP手术模拟器采用触觉感知技术，令操作模拟视野和感觉与真实手术相同。
本发明的工作原理：系统通过虚拟现实术前计划系统可在术前提供充分的立体三维信息，模拟手术可帮助术者充掌握患者身体特点和手术进针点、进针角度及进针深度等参数，术中依上述参数操作可使骨穿针到达预定位置。VR技术应用于验证PKP的术前计划可行且有效，有效降低手术意外的发生。手术中系统集成CT、核磁设备，通过术中的CT影像资料、核磁影像资料与术前的资料比对模块，快速掌握手术进度、效果情况。术后依据术中影像资料、PKP手术评价标准对某一指定手术进行质量评价，给出评价结果。AR的介入就像一个"AR放大镜"，直接放大手术创口，患者的彩超、MRI、CT图像等将直接映在手术部位，让医生能够看到肉眼难以分辨的细微情况，获得“透视”功能，大大提高手术操作的效率和舒适度，该系统可推广到各个医疗机构，具有良好的市场前景。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：它包含基础信息、手术前、手术中、手术后。
2.根据权利要求1所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述基础信息包含账号管理、患处建模系统、患者管理、手术室；所述账号管理：每个医生有独立的账号管理自己的病人信息，安排自己的术前模拟方案内容；所述患处建模系统：实现患者手术处由CTA/MRA资料到三维模型的过程，并且模型符合VR系统术前模拟演练的精度需要；所述患者管理：将需要进行手术的患者基础信息和患处三维信息进行关联，组合成完整的病人信息，供医生查询掌握。
3.在手术模拟过程中，是患者辨别和选择的依据；所述手术室：系统将医院实际的手术室三维场景建模入系统中，并提供标准规范的三维手术设备和器材供医生在进行模拟手术时进行选择和使用，实现“真实”手术场景的搭建。
4.根据权利要求1所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述手术前包含术前方案模板、术前方案管理、手术方案推演、我的推演记录；所述术前方案模板：医生设计出包含预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度等参数的术前方案；所述术前方案管理：医生依照选择的术前方案模板，进行术前方案参数范围估值填写；所述手术方案推演：医生搭建好手术环境后，进行患者的选择，系统自动提供患者各项身体参数信息，医生掌握这些信息后开始进行手术方案推演；手术完成后，系统会根据医生的实际操作情况，依据系统手术评分标准进行打分，并将操作信息视频保存；所述我的推演记录：系统将医生的手术模拟以录屏的方式记录和保存在系统中，支持点击和回放；医生可以对自己的模拟记录进行删除和查询操作。
5.根据权利要求1所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述手术中包含指导案例、CT影像、核磁影像、标绘面板、大屏管理；所述指导案例：医生可以在“我的模拟记录”中设置某一个或多个模拟记录为指导案例，设置后，该模拟记录将在“指导案例”中可见，而指导案例是所有人员共享可见的模块；所述CT影像：系统集成CT影像系统，可以同时打开患者历史CT影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；所述核磁影像：系统集成核磁影像系统，可以同时打开患者历史核磁影像信息和术中影像信息，并可以进行比对，指导手术操作；所述标绘面板：系统提供标绘面板，可以在影像资料上面进行点线面的标绘，并可以放大局部；所述大屏管理：手术中手术室触控播放大屏管理系统。
6.系统资源关联系统中的“指导案例”库，可以简单快捷的打开术前模拟录屏视频资料，并控制播放速度，或者进行细节回放、重播。
7.根据权利要求1所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述手术后包含：手术评分标准、手术术后评估；所述手术评分标准：患者术前均行CTA或MRA检查，将影像数据传入VR系统工作站中，进行VR立体三维重建，设计出预定的进针通路，记录进针点、进针角度及进针深度，确定手术方案，拟行经皮穿刺椎体后凸成形术(PKP)术者进行VR模拟手术，记录预定针尖位置距椎体中线及椎体前壁的距离，再与术中正侧位X线透视所测得的实际针尖距椎体中轴线及椎体前壁的距离做比较，计算差值，取差值大的一个参与最终评价，差值5mm 以下为优，5-10mm为良，10mm 以上为差，此标准在系统中提前设置为评分模型；所述手术术后评估：对每个完成的手术按照评估标准进行打分，确定出手术完成质量的高低。
8.根据权利要求2所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述患处建模系统以CT/MRA断层图像为基础，综合运用计算机图像处理计算机图形学计算机辅助几何设计等理论，构造人骨的CAD三维模型，这个过程可以分为两大部分CTA/MRA图像数据采集和三维重建，它包含：人体骨骼、CTA断层图像、矢量轮廓数据、CAD三维模型、仿生骨骼。
9.根据权利要求2所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：所述术前方案参数必须在参数库中选择，即此参数的参考点或者基线、基面等数据是在三维建模中被考虑到的。
10.根据权利要求1所述的基于VR或AR技术的PKP手术指导系统，其特征在于：提供一种用于该系统的硬件PKP手术模拟器。
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