CN109512511A - 基于定位导板的手术增强现实定位的方法和装置 - Google Patents

基于定位导板的手术增强现实定位的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于定位导板的手术增强现实定位的方法和装置，所述方法包括以下步骤：获取待手术部位的医学图像；根据医学图像重建出待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将定位导板的实体模型与虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现待手术部位的增强现实定位。本发明能够方便有效地实现待手术部位的增强现实定位，辅助术中避免伤害神经血管等重要部位，大大提高了手术的安全性。

Description

基于定位导板的手术增强现实定位的方法和装置
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种基于定位导板的手术增强现实定位的方法和一种基于定位导板的手术增强现实定位的装置。
背景技术
在传统骨科手术中，依赖于X片、CT、MRI等影像学检查结果，在大脑中还原骨头的三维信息，但骨头和周边血管神经结构关系完整精确还原再现会非常困难，术中完全依赖于医生对解剖结构和各种变异情况的熟知。因此获取信息的不全面，对手术方案的制定，手术时间的控制，存在一定的不确定性。因此为了确保手术安全，在手术中必须进行多次透视才能保证手术位置的准确无误，多次透视，无疑加大了对病人的辐射伤害。
发明内容
本发明为解决目前骨科手术中骨头和周边血管神经结构关系完整精确还原再现非常困难，为确保手术安全需进行多次透视，加大对病人的辐射伤害的技术问题，提供了一种基于定位导板的手术增强现实定位的方法和装置。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于定位导板的手术增强现实定位的方法，包括以下步骤：获取待手术部位的医学图像；根据所述医学图像重建出所述待手术部位的虚拟三维模型，并在所述虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在所述虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将所述定位导板的实体模型与所述虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现所述待手术部位的增强现实定位。
所述医学图像包括CT图像和MRI图像，所述医学图像的格式为DICOM格式。
所述机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，所述定位导板固定在骨骼上。
利用不同的颜色标记出不同的机体组织。
通过3D打印制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
一种基于定位导板的手术增强现实定位的装置，包括：图像获取模块，所述图像获取模块用于获取待手术部位的医学图像；计算机模块，所述计算机模块用于根据所述医学图像重建所述待手术部位的虚拟三维模型，并在所述虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在所述虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；实体模型制作模块，所述实体模型制作模块用于制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将所述定位导板的实体模型与所述虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现所述待手术部位的增强现实定位。
所述医学图像包括CT图像和MRI图像，所述医学图像的格式为DICOM格式。
所述机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，所述定位导板固定在骨骼上。
所述计算机模块利用不同的颜色标记出不同的机体组织。
所述实体模型制作模块通过3D打印制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
本发明的有益效果：
本发明通过根据医学图像重建出待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板，然后制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，由此，能够方便有效地实现待手术部位的增强现实定位，辅助术中避免伤害神经血管等重要部位，大大提高了手术的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的虚拟三维模型示意图；
图3为本发明一个实施例的定位导板固定位置示意图；
图4为本发明一个实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的装置的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，包括以下步骤：
S1，获取待手术部位的医学图像。
其中，待手术部位包括病灶部位和病灶部位附近可能在手术中操作到的部位。
在本发明的一个实施例中，医学图像包括CT图像和MRI图像，医学图像的格式为DICOM格式。
S2，根据医学图像重建出待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板。
在本发明的一个实施例中，可通过计算机软件，如VTK等重建待手术部位的虚拟三维模型。
应当理解的是，机体中较适于固定物体的组织为骨骼，因此本发明实施例的方法优选适用于待手术部位包含骨骼组织的手术，如骨科手术。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，如图2和图3所示，定位导板可固定在骨骼上。
在本发明的一个实施例中，可利用不同的颜色标记出不同的机体组织，例如，如图2所示，可利用蓝色标记骨骼，利用紫色标记血管，利用黄色标记神经，并利用灰色标记关节。设置的定位导板也可用不同颜色进行区分，例如可利用绿色标记定位导板。
S3，制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将定位导板的实体模型与虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现待手术部位的增强现实定位。
在本发明的一个实施例中，可通过3D打印制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
在骨科手术中，医生可戴上MR眼镜，使定位导板的虚拟模型和实体模型进行实际空间位置匹配，当定位导板的虚拟与实体位置配准后，骨骼、关节和周围的血管神经的相对位置也就一并确定。在整个手术过程中，虚拟三维模型可实时显示，实现实时跟踪定位。
根据本发明实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，通过根据医学图像重建出待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板，然后制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，由此，能够方便有效地实现待手术部位的增强现实定位，辅助术中避免伤害神经血管等重要部位，大大提高了手术的安全性。
对应上述实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，本发明还提出一种基于定位导板的手术增强现实定位的装置。
如图4所示，本发明实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，包括图像获取模块10、计算机模块20和实体模型制作模块30。其中，图像获取模块10用于获取待手术部位的医学图像；计算机模块20用于根据医学图像重建待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；实体模型制作模块30用于制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将定位导板的实体模型与虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现待手术部位的增强现实定位。
其中，待手术部位包括病灶部位和病灶部位附近可能在手术中操作到的部位。
在本发明的一个实施例中，医学图像包括CT图像和MRI图像，医学图像的格式为DICOM格式。
在本发明的一个实施例中，计算机模块20可通过运行计算机软件，如VTK等重建待手术部位的虚拟三维模型。
应当理解的是，机体中较适于固定物体的组织为骨骼，因此本发明实施例的装置优选适用于待手术部位包含骨骼组织的手术，如骨科手术。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，如图2和图3所示，定位导板可固定在骨骼上。
在本发明的一个实施例中，计算机模块20可利用不同的颜色标记出不同的机体组织，例如，如图2所示，可利用蓝色标记骨骼，利用紫色标记血管，利用黄色标记神经，并利用灰色标记关节。设置的定位导板也可用不同颜色进行区分，例如可利用绿色标记定位导板。
在本发明的一个实施例中，实体模型制作模块30可通过3D打印制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
在本发明的一个具体实施例中，图像获取模块10可为CT机或MRI机，或具备CT机或MRI机中核心部件从而能够获取待手术部位的CT图像或MRI图像的功能模块。计算机模块20可为个人计算机，或具备个人计算机核心部件从而能够运行相关软件以实现虚拟三维模型重建和处理的功能模块。实体模型制作模块30可为3D打印机，或具备3D打印机核心部件从而能够打印出实体模型的功能模块。
在骨科手术中，医生除利用上述装置外，还可戴上MR眼镜，使定位导板的虚拟模型和实体模型进行实际空间位置匹配，当定位导板的虚拟与实体位置配准后，骨骼、关节和周围的血管神经的相对位置也就一并确定。在整个手术过程中，虚拟三维模型可实时显示，实现实时跟踪定位。
根据本发明实施例的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，通过计算机模块根据医学图像重建出待手术部位的虚拟三维模型，并在虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板，然后通过实体模型制作模块制作出虚拟三维模型中定位导板的实体模型，由此，能够方便有效地实现待手术部位的增强现实定位，辅助术中避免伤害神经血管等重要部位，大大提高了手术的安全性。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于定位导板的手术增强现实定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待手术部位的医学图像；
根据所述医学图像重建出所述待手术部位的虚拟三维模型，并在所述虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在所述虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；
制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将所述定位导板的实体模型与所述虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现所述待手术部位的增强现实定位。
2.根据权利要求1所述的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，其特征在于，所述医学图像包括CT图像和MRI图像，所述医学图像的格式为DICOM格式。
3.根据权利要求2所述的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，其特征在于，所述机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，所述定位导板固定在骨骼上。
4.根据权利要求3所述的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，其特征在于，利用不同的颜色标记出不同的机体组织。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于定位导板的手术增强现实定位的方法，其特征在于，通过3D打印制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
6.一种基于定位导板的手术增强现实定位的装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，所述图像获取模块用于获取待手术部位的医学图像；
计算机模块，所述计算机模块用于根据所述医学图像重建所述待手术部位的虚拟三维模型，并在所述虚拟三维模型中标记出不同的机体组织，以及在所述虚拟三维模型中设置固定在其中一个机体组织上的定位导板；
实体模型制作模块，所述实体模型制作模块用于制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型，以便通过将所述定位导板的实体模型与所述虚拟三维模型中的虚拟模型进行实际空间位置匹配，实现所述待手术部位的增强现实定位。
7.根据权利要求6所述的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，其特征在于，所述医学图像包括CT图像和MRI图像，所述医学图像的格式为DICOM格式。
8.根据权利要求7所述的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，其特征在于，所述机体组织包括骨骼、关节、血管和神经，所述定位导板固定在骨骼上。
9.根据权利要求8所述的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，其特征在于，所述计算机模块利用不同的颜色标记出不同的机体组织。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的基于定位导板的手术增强现实定位的装置，其特征在于，所述实体模型制作模块通过3D打印制作出所述虚拟三维模型中定位导板的实体模型。
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