CN113192177A - 一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法，属于医疗技术领域，一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法，包括信息采集模块、信息处理模块、三维模型建构模块、三维影像计算模块、三维模型投影模块、手术实时观察模块以及影像实时全定量分析模块；通过信息处理模块进行整合分析，再由三维模型建构模块，再由三维影像计算模块对数字建模后的器官进行进一步细化，从而可直观对器官进行仿真还原对比，三维模型投影模块可在患者病灶处进行三维仿真模型投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而使临床手术可实现更精准的切割面，达到病灶彻底清除和重要结构确切的保护的效果。

Description

一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，更具体地说，涉及一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法。
背景技术
泌尿系统各器官（肾脏、输尿管、膀胱、尿道）都可发生疾病，并波及整个系统，泌尿系统的疾病既可由身体其他系统病变引起，又可影响其他系统甚至全身。其主要表现在泌尿系统本身，如排尿改变、尿的改变、肿块、疼痛等，但亦可表现在其他方面，如高血压、水肿、贫血等。泌尿系统疾病的性质，多数和其他系统疾病类似，包括先天性畸形、感染、免疫机制、遗传、损伤、肿瘤等；但又有其特有的疾病，如肾小球肾炎、尿石症、肾功能衰竭等。
目前，泌尿腔镜介入手术是一种新型的泌尿系统疾病手术治疗方式，主要通过人体尿道插入导管鞘，然后在导管鞘中插入输尿管镜或膀胱镜等器械，通过内镜头部的摄像头传回的图像，引导内镜等器械到达泌尿系统病变处，然后识别病变，采用相应的器械进行活检或治疗。
虚拟现实技术的应用，有助于外科医生在手术前进行模拟手术过程，降低出错率，提高了手术成功率，但是在模拟过程中外科医生往往只能够进行简单的手术过程的模拟或术前观察，无法得到手术器械的一些反馈，与真实的手术过程存在一定的实质差异，若能够将此差异避免或者减少，无疑更有利于医生进行手术的成功率与安全性，为此我们提出一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法来解决上述问题。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法，具备数字化三维建模能力，实时测量手术部位的关键量化参数及切割相关的三维信息，从而在术中实时引导切割操作、保障肝切除手术的精准性较好，增加了手术的成功率与安全性优点，解决了现有泌尿系统手术临床视野较为一般，降低了手术的成功率与安全性的问题。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法，包括信息采集模块、信息处理模块、三维模型建构模块、三维影像计算模块、三维模型投影模块、手术实时观察模块以及影像实时全定量分析模块；
所述信息采集模块的输出端与信息处理模块的输入端电性连接，所述信息处理模块对信息采集模块收集的图像及数据进行储存整理；
所述信息处理模块的输出端与三维模型建构模块的输入端电性连接，所述信息处理模块整理后的信息由三维模型建构模块进行数字仿真建模；
所述三维模型建构模块的输出端与三维影像计算模块的输入端电性连接，所述三维影像计算模块对三维模型建构模块建构的模型进行整合分析，获得手术部位的“透视”量化三维信息；
所述三维影像计算模块的输入端与三维模型投影模块的输出端电性连接，所述三维影像计算模块构件的三维数字模型由三维模型投影模块进行三维投影，所述三维模型投影模块由触屏显示器或三维投影仪构成；
所述手术实时观察模块的输出端与影像实时全定量分析模块的输入端电性连接，手术实时观察模块对手术中的病灶信息传递至影像实时全定量分析模块，所述影像实时全定量分析模块的输出端与信息处理模块电性连接，所述影像实时全定量分析模块在术中反馈的信息由信息处理模块进行整合处理，由三维模型投影模块进行三维模型实时交互及整合分析。
优选的，所述信息采集模块采用强化CT或MR两种检测方式。
优选的，所述信息处理模块与三维模型建构模块采用数字医疗影像分析软件，由三维模型建构模块建构出真实的全定量的数字化三维模型。
优选的，所述三维影像计算模块对三维模型建构模块传输的数字进行进行整合处理，所述三维影像计算模块对器官进行量化解析、具象化对比。
优选的，所述三维模型投影模块由触屏显示屏或三维投影仪构成。
一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构的方法，包括以下步骤：
步骤一、医疗人员由信息采集模块对患者病灶处进行扫描处理，得到的数据与图像信息，由信息处理模块接收并整合处理；
步骤二、信息处理模块对收集的图像及数据进行储存整理，信息处理模块把信息传递至三维模型建构模块后，对患者病灶处进行精确三维仿真还原；
步骤三、三维模型建构模块完成三维仿真还原后，三维影像计算模块对建模后的模拟器官进行进一步细化，具象化不同的个体器官；
步骤四、由三维模型投影模块对三维影像计算模块进行投影，可直观的对病灶器官进行观察；
步骤五、手术或临床教学中，手术实时观察模块在手术过程中，对器官变化进行实时观察，观察到的信息由影像实时全定量分析模块传递至信息处理模块后，经过三维模型建构模块、三维影像计算模块，由三维模型投影模块对模型变化进行投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过信息采集模块对患者病患处进行图像等信息采集，采集后的信息由信息处理模块进行整合分析，再由三维模型建构模块，对整理后的信息进行三维数字仿真建模，再由三维影像计算模块对数字建模后的器官进行进一步细化，从而可直观的观察了解各个不同的器官，对肾脏、输尿管、膀胱、尿道等各个器官进行仿真还原对比，再由三维模型投影模块对各个不同的器官进行投影，从而可直接由仿真模型观察患者病灶处的器官，三维模型投影模块可在患者病灶处进行三维仿真模具投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而使临床手术可实现更精准的切割面，达到病灶彻底清除和重要结构确切的保护的效果，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，增加了手术的成功率与安全性。
（2）本方案通过手术实时观察模块在手术过程中，对器官变化进行实时观察，观察到的信息由影像实时全定量分析模块传递至信息处理模块后，经过三维模型建构模块、三维影像计算模块，由三维模型投影模块对模型变化进行投影，从而在术中实时引导切割操作、保障肝切除手术的精准性较好，增加了手术的成功率与安全性。
附图说明
图1为本发明系统流程图。
图中标号说明：
1、信息采集模块；2、信息处理模块；3、三维模型建构模块；4、三维影像计算模块；5、三维模型投影模块；6、手术实时观察模块；7、影像实时全定量分析模块。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-1，一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统及方法，包括信息采集模块1、信息处理模块2、三维模型建构模块3、三维影像计算模块4、三维模型投影模块5、手术实时观察模块6以及影像实时全定量分析模块7；
信息采集模块1的输出端与信息处理模块2的输入端电性连接，信息处理模块2对信息采集模块1收集的图像及数据进行储存整理；
信息处理模块2的输出端与三维模型建构模块3的输入端电性连接，信息处理模块2整理后的信息由三维模型建构模块3进行数字仿真建模；
三维模型建构模块3的输出端与三维影像计算模块4的输入端电性连接，三维影像计算模块4对三维模型建构模块3建构的模型进行整合分析，获得手术部位的“透视”量化三维信息；
三维影像计算模块4的输入端与三维模型投影模块5的输出端电性连接，三维影像计算模块4构件的三维数字模型由三维模型投影模块5进行三维投影，三维模型投影模块5由触屏显示器或三维投影仪构成；
手术实时观察模块6的输出端与影像实时全定量分析模块7的输入端电性连接，手术实时观察模块6对手术中的病灶信息传递至影像实时全定量分析模块7，影像实时全定量分析模块7的输出端与信息处理模块2电性连接，影像实时全定量分析模块7在术中反馈的信息由信息处理模块2进行整合处理，由三维模型投影模块5进行三维模型实时交互及整合分析；
该实施例中，通过信息采集模块1对患者病患处进行图像等信息采集，采集后的信息由信息处理模块2进行整合分析，再由三维模型建构模块3，对整理后的信息进行三维数字仿真建模，再由三维影像计算模块4对数字建模后的器官进行进一步细化，从而可直观的观察了解各个不同的器官，对肾脏、输尿管、膀胱、尿道等各个器官进行仿真还原对比，再由三维模型投影模块5对各个不同的器官进行投影，三维模型投影模块5可在患者病灶处进行三维仿真模型投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而使临床手术可实现更精准的切割面，达到病灶彻底清除和重要结构确切的保护的效果，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而在术中实时引导切割操作、保障肝切除手术的精准性较好，增加了手术的成功率与安全性。
进一步的，信息采集模块1采用强化CT或MR两种检测方式；
其他实施例中，通过设置信息采集模块1采用强化CT或MR两种检测方式，强化CT也叫做增强CT，指的是在CT平扫基础上，对发现的可疑部位，在静脉注射造影剂后有重点的进行检查，从而提高诊断准确率的一种手段，从而增强了三维数字建模的准确性，MR又称为核磁共振，核磁共振是目前临床上常用的一种影像学检查方法，核磁共振目前已经广泛地应用于临床，使装置的实用性与安全性均较强。
进一步的，信息处理模块2与三维模型建构模块3采用数字医疗影像分析软件，由三维模型建构模块3建构出真实的全定量的数字化三维模型；
其他实施例中，通过信息处理模块2与三维模型建构模块3采用数字医疗影像分析软件，智能全定量混合现实影像分析软件，作为新兴手术辅助技术，已在临床各领域得到不同程度的应用，在肝胆胰外科领域更已有多种术式的成熟案例和广泛发展空间，可实现更精准的切割面，达到病灶彻底清除和重要结构确切的保护的效果，使本方案可在临床手术时，把三维仿真模块与患者病患器官相交互，从而更直观的对患者病灶处进行处理，可辅助运用于复杂外科手术，辅助提升外科手术安全。
进一步的，三维影像计算模块4对三维模型建构模块3传输的数字进行进行整合处理，三维影像计算模块4对器官进行量化解析、具象化对比；
其他实施例中，通过把三维影像计算模块4把三维仿真器官模型进行细化，三维模型建构模块3数字建模后，由三维影像计算模块4进行进一步细化建模，从而对不同器官进行量化分析以及具现化对比，从而在临床手术过程中，对病灶器官具有精准切割，增加了装置的实用性。
进一步的，三维模型投影模块5由触屏显示屏或三维投影仪构成；
其他实施例中，通过三维模型投影模块5由触屏显示屏或三维投影仪构成，由触屏显示器可对三维数字化进行教学展示，在临床手术或临床教学过程中，可由三维投影仪对三维仿真模型进行建模，然后把三维仿真模型投影于患者病患器官，从而达到信息实时交互。
一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构的方法，包括以下步骤：
步骤一、医疗人员由信息采集模块1对患者病灶处进行扫描处理，得到的数据与图像信息，由信息处理模块2接收并整合处理；
步骤二、信息处理模块2对收集的图像及数据进行储存整理，信息处理模块2把信息传递至三维模型建构模块3后，对患者病灶处进行精确三维仿真还原；
步骤三、三维模型建构模块3完成三维仿真还原后，三维影像计算模块4对建模后的模拟器官进行进一步细化，具象化不同的个体器官；
步骤四、由三维模型投影模块5对三维影像计算模块4进行投影，可直观的对病灶器官进行观察；
步骤五、手术或临床教学中，手术实时观察模块6在手术过程中，对器官变化进行实时观察，观察到的信息由影像实时全定量分析模块7传递至信息处理模块2后，经过三维模型建构模块3、三维影像计算模块4，由三维模型投影模块5对模型变化进行投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构。
工作原理：通过信息采集模块1对患者病患处进行图像等信息采集，采集后的信息由信息处理模块2进行整合分析，再由三维模型建构模块3，对整理后的信息进行三维数字仿真建模，再由三维影像计算模块4对数字建模后的器官进行进一步细化，从而可直观的观察了解各个不同的器官，对肾脏、输尿管、膀胱、尿道等各个器官进行仿真还原对比，再由三维模型投影模块5对各个不同的器官进行投影，从而可直接由仿真模型观察患者病灶处的器官，三维模型投影模块5可在患者病灶处进行三维仿真模型投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而使临床手术可实现更精准的切割面，达到病灶彻底清除和重要结构确切的保护的效果，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构，从而在术中实时引导切割操作、保障肝切除手术的精准性较好，增加了手术的成功率与安全性，解决了现有泌尿系统手术临床视野较为一般，降低了手术的成功率与安全性的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统，其特征在于：包括信息采集模块（1）、信息处理模块（2）、三维模型建构模块（3）、三维影像计算模块（4）、三维模型投影模块（5）、手术实时观察模块（6）以及影像实时全定量分析模块（7）；
所述信息采集模块（1）的输出端与信息处理模块（2）的输入端电性连接，所述信息处理模块（2）对信息采集模块（1）收集的图像及数据进行储存整理；
所述信息处理模块（2）的输出端与三维模型建构模块（3）的输入端电性连接，所述信息处理模块（2）整理后的信息由三维模型建构模块（3）进行数字仿真建模；
所述三维模型建构模块（3）的输出端与三维影像计算模块（4）的输入端电性连接，所述三维影像计算模块（4）对三维模型建构模块（3）建构的模型进行整合分析，获得手术部位的“透视”量化三维信息；
所述三维影像计算模块（4）的输入端与三维模型投影模块（5）的输出端电性连接，所述三维影像计算模块（4）构件的三维数字模型由三维模型投影模块（5）进行三维投影，所述三维模型投影模块（5）由触屏显示器或三维投影仪构成；
所述手术实时观察模块（6）的输出端与影像实时全定量分析模块（7）的输入端电性连接，手术实时观察模块（6）对手术中的病灶信息传递至影像实时全定量分析模块（7），所述影像实时全定量分析模块（7）的输出端与信息处理模块（2）电性连接，所述影像实时全定量分析模块（7）在术中反馈的信息由信息处理模块（2）进行整合处理，由三维模型投影模块（5）进行三维模型实时交互及整合分析。
2.根据权利要求1所述的一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统，其特征在于：所述信息采集模块（1）采用强化CT或MR两种检测方式。
3.根据权利要求1所述的一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统，其特征在于：所述信息处理模块（2）与三维模型建构模块（3）采用数字医疗影像分析软件，由三维模型建构模块（3）建构出真实的全定量的数字化三维模型。
4.根据权利要求1所述的一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统，其特征在于：所述三维影像计算模块（4）对三维模型建构模块（3）传输的数字进行进行整合处理，所述三维影像计算模块（4）对器官进行量化解析、具象化对比。
5.根据权利要求1所述的一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构系统，其特征在于：所述三维模型投影模块（5）由触屏显示屏或三维投影仪构成。
6.根据权利要求1-5所述的一种泌尿系统三维化数字仿真模型建构的方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤一、医疗人员由信息采集模块（1）对患者病灶处进行扫描处理，得到的数据与图像信息，由信息处理模块（2）接收并整合处理；
步骤二、信息处理模块（2）对收集的图像及数据进行储存整理，信息处理模块（2）把信息传递至三维模型建构模块（3）后，对患者病灶处进行精确三维仿真还原；
步骤三、三维模型建构模块（3）完成三维仿真还原后，三维影像计算模块（4）对建模后的模拟器官进行进一步细化，具象化不同的个体器官；
步骤四、由三维模型投影模块（5）对三维影像计算模块（4）进行投影，可直观的对病灶器官进行观察；
步骤五、手术或临床教学中，手术实时观察模块（6）在手术过程中，对器官变化进行实时观察，观察到的信息由影像实时全定量分析模块（7）传递至信息处理模块（2）后，经过三维模型建构模块（3）、三维影像计算模块（4），由三维模型投影模块（5）对模型变化进行投影，从而达到真实空间环境中映射还原全息化、定量化的人体三维解剖结构。
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