CN114366186A - 一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统和方法的顶点伸缩系数计算单元，根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量、弹力向量区间；临界部分计算单元记录齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分；打洞区域预判单元根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分；齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中，顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

Description

一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统和方法

技术领域

本发明涉及肛肠手术的辅助系统，更具体的说，特别涉及肛肠三维图像展示和手术操作辅助提示技术领域。

背景技术

肛瘘虽然不是不治之症，但却被称为肛门直肠的第一杀手，其原因在于：一，发病率高，约占肛门直肠疾病的5-8%；二，病情顽固，变化复杂，尚有一定的癌变风险；三，作为有效治疗手段的手术，会对肛门括约肌产生一定程度的损伤；四，手术仍存在复发率。

临床普遍采取肛瘘挂线手术疗法包括实挂线、虚挂线与虚实结合挂线术。

实挂线即在麻醉下用探针从外口插入，顺瘘管经内口穿出，在内口端探针上缚一橡皮筋，然后将橡皮筋从内口经瘘管在外口引出，切开内外口之间的皮肤，拉紧橡皮筋进行结扎的过程。这种手术方法需要在术后每周进行一次紧线一次，反复三四次，至瘘管被完全切开，橡皮筋脱落为止，留下敞开的创面逐渐愈合。

虚挂线临床上又称之为浮线引流术它不直接切割组织，仅采用橡皮筋挂入瘘管及感染间隙进行引流。但由于瘘管内口与坏死腔隙之间的压力不均等，极易导致引流不完全以及粪渣、细菌的残留。而且，它的创面愈合缓慢，肛瘘容易复发。

虚实结合挂线术在手术中遵循传统实挂线疗法的手术流程，先用探针探查瘘管走形，并在瘘管与齿线内口之间切开一条管道，用中弯止血钳自此切口向瘘管顶端探查，用钳尖穿透肠壁造口，经肠腔送入丝线经瘘管引出，用力打结固定。术后7天左右，当部分瘘管和括约肌被勒断，丝线变松时，便可按照虚挂线的原理，既不拆线，也不紧线，仅利用丝线的引流作用，大约在第 15～20天，脓肿物全部液化，并被充分引流出体外，瘘管内被肉芽组织填满，即可将丝线完全拆除。

现有技术对挂线，都是根据医生的经验在临床手术中根据瘘管的情况进行打洞挂线，对于新手医生来说，需要不断地指导和经验积累。因此，需要一种辅助系统，给新手医生或者不同情况地病体，能给出更加科学打洞挂下方案。

因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

发明内容

（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供基于肛瘘手术中挂线所需打洞区域的提示系统，以辅助手术人员在手术前进行总览和评估。

（二）技术方案：为了解决上述技术问题，一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，包括：手术对象三维建模单元、顶点伸缩系数计算单元、临界部分计算单元和打洞区域预判单元；

所述手术对象三维建模单元，获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型；所述三维模型包括由顶点组成的网格图，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示；

所述顶点伸缩系数计算单元，根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间；

所述临界部分计算单元记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分；

所述打洞区域预判单元根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，做为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分；所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中，顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域做为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其中，所述三维模型包括：收缩关联部分和独立肌体部分。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其中，所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门；所述独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其中，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿顶点的Z轴弹性分量在设定范围内。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其中，根据挂线对应的长度，计算对应的齿状线上沿顶点施加Z轴方向上的外力；根据所述挂线对应的外力，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下；肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度，为挂线的推荐长度。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其中，将设定范围内外力以设定间隔模拟，得到第一打洞区域和第二打洞区域的Z轴长的平均值，为挂线的推荐基础长度。

一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，用于肛瘘手术中的挂线打洞点的预判和提示，包括以下步骤：

步骤101、获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型；所述三维模型包括由顶点组成的网格图，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示；

步骤102、根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间；

步骤103、记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分；

步骤104、根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分；所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中，顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，其中，所述三维模型包括收缩关联部分和独立肌体部分；所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门；独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，其中，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿的Z轴弹性分量在为设定范围内施加Z轴方向上的外力；

根据所述外力，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下，将肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度，为挂线的推荐基础长度。

（三）有益效果：本发明所述一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统和方法，用于瘘管挂线时打洞区域的辅助指示，充分考虑齿状线的敏感程度，根据伸缩性能判定，齿状线上沿收到压力伸缩稳定的区域作为打洞区域，防止因为手术操作误判，太靠近齿状线而增加手术对象的痛苦；评估挂线的推荐基础长度，使操作者在手术时预估挂线长度，提高手术的成功率；通过三维模型展现推荐的打洞区域，以及挂线的推荐长度，方便了操作者对手术的预估，增加手术的愈合率，减少手术后的痛苦。

附图说明

图1是肛肠手术对象的实体结构示意图；

图2是本发明肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。

本发明提供的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，用于肛瘘手术中的挂线打洞点的提示和预判，包括：手术对象三维建模单元、顶点伸缩系数计算单元、临界部分计算单元和打洞区域预判单元，本发明只对肛瘘手术部分进行三维建模。

所述手术对象三维建模单元，获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型。所述肛肠手术对象的结构图如图1所示。所述三维模型包括：收缩关联部分和独立肌体部分，所述收缩关联部分是肛肠手术挂线中，对于挂线后收缩行性能影响很大的部分，而独立肌体部分是指在肛肠手术挂线中，对于挂线收缩影响较小的部分；而瘘管虽然属于挂线的一部分，但是它对于挂线来说，只是瘘管受到牵引力上下的移动，对于自身的伸缩系数影响不大，因此划分到独立肌体部分。

所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门。独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

所述三维模型包括由顶点组成的网格图，而顶点之间由具有收缩系数的网格线连接，顶点对应的伸缩系数也就是网格线对应的伸缩系数。

详细的，本发明肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门、肛门外括约肌、肛门内括约肌、瘘管这几部分的三维模型的顶点的网格具有各自不同的伸缩系数；

将压力测定仪器置入肛肠手术对象,令肛门收缩与扩张,获取肛肠手术对象的动态收缩的三维影像数据，所述顶点伸缩系数计算单元，根据动态收缩的三维影像数据，获取所述三维模型包括收缩关联部分和独立肌体各自的伸缩系数。

本发明独立肌体部分各自的伸缩系数和收缩关联部分的伸缩系数可以根据收缩过程的每一帧三维影像确定到不同顶点伸缩系数，因此三维模型的顶点对应不同的伸缩系数。本发明三维模型可以根据动态收缩的三维影像数据实现动态收缩的模拟过程。

本发明在三维图像的网格图中，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示；所述质点弹簧的弹力向量包括X轴弹力向量分量、Y轴弹力向量分量和Z轴的弹力向量分量；X轴、Y轴为人体水平切面的方向，Y轴为人体高度的方向，以便得到三维模型各个方向的弹力向量。

所述顶点伸缩系数计算单元根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间。

本发明的顶点伸缩系数计算单元根据三维模型的顶点位置计算出收缩关联部分每一个部分在弹性伸缩过程中对应的弹力向量和弹力向量区间，优选的，可以通过第一训练模型和第二训练模型的机器学习算法，能得到更加精确弹力向量计算结果。所述收缩关联部分对应的顶点位置发送到第一训练模型，所述独立肌体部分的对应的顶点位置发送到第二训练模型。所述第一训练模型，可以根据顶点密度的聚类算法，得到第二阈值；所述第二训练模型，可以根据顶点密度的聚类算法，得到第三阈值。所述第一训练模型和第二训练模型，由于伸缩性能的不同，计算中使用的参数不同。本发明第一训练模型和第二训练模型用杨氏模量表达弹性，优选的第一阈值对应的杨氏模量为0.18±0.02MPa，所述第二训练模型对应的杨氏模量为0.21+0.03MPa。

根据压力测定仪器置入肛肠手术对象后，所述临界部分计算单元根据动态收缩过程中的每一帧三维影像数据，记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据确定：齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分。所述第一阈值为形变的长度，优选的为1.5cm-2.5cm之间，具体的根据形变数据确定第一阈值在1.5cm-2.5cm之间的确切数值。

本发明通过压力测定仪器确定齿状线上沿打洞部分形变时的临界部分长度，以便避开该临界部分确定三维模型上的挂线打洞的区域。

所述打洞区域预判单元根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分，所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域。将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示，为肛瘘的挂线手术做辅助提示。所述第二阈值为伸缩形变的长度，为0.5cm-1cm之间的一优选数值。所述第三阈值优选的为0.3cm。

本发明还可以在第一个优选实施例的基础上，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿的Z轴弹性分量在设定范围，并确定挂线的长度对应的Z轴方向上的外力大小，得到本发明的第二个优选实施例。

根据所述挂线在Z轴方向上产生的外力的大小，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下，肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度为挂线的推荐基础长度，在肛肠手术辅助系统中展示。

优先的，还可以将设定范围内外力以设定间隔模拟，得到第一打洞区域和第二打洞区域的Z轴长的平均值做为挂线的推荐基础长度。

本发明提供的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，用于肛瘘手术中的挂线打洞点的提示和预判，包括以下步骤，如图2所示。

步骤101，获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型。所述三维模型包括：收缩关联部分和独立肌体部分，所述收缩关联部分是肛肠手术挂线中，对于挂线后收缩行性能影响很大的部分，而独立肌体部分是指在肛肠手术挂下中对于挂线收缩影响较小的部分；而瘘管虽然属于挂线的一部分，但是它对于挂线来说，只是瘘管收到牵引力上下的移动，对于自身的伸缩系数影响不大，因此划分到独立肌体部分。

所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门。独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

所述三维模型由顶点组成的网格图，而顶点之间由具有伸缩系数的网格线连接，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示，所述质点弹簧的弹力向量包括X轴弹力向量分量、Y轴弹力向量分量和Z轴的弹力向量分量。

详细的，本发明肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门、肛门外括约肌、肛门内括约肌、瘘管这几部分的三维模型的顶点的网格具有各自不同的伸缩系数。

步骤102、根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间。

步骤103、记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分。本发明通过压力测定仪器确定齿状线上沿打洞部分形变时的临界部分长度，以便避开该临界部分确定三维模型上的挂线打洞的区域。

步骤104、根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分，所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

本发明一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，还可以在以上优选实施例的基础上，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿Z轴弹性分量在设定范围内施加Z轴方向上的外力。

根据所述Z轴方向的外力，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下，肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度为挂线的推荐基础长度，在肛肠手术辅助系统中展示。

本发明提供的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统和方法，用于瘘管挂线时打洞区域的辅助指示，充分考虑齿状线的敏感程度，根据伸缩性能判定，齿状线上沿受到压力伸缩稳定的区域做为打洞区域，防止因为手术操作误判，太靠近齿状线而增加手术对象的痛苦。此外本发明还能评估挂线的推荐基础长度，使操作者在手术时预估挂线长度，提高手术的成功率。本发明的肛肠手术辅助系统和方法，通过三维模型展现推荐的打洞区域，以及挂线的推荐长度，方便了操作者对手术的预估，增加手术的愈合率，减少手术后的痛苦。

以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。

Claims (9)

1.一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，包括：手术对象三维建模单元、顶点伸缩系数计算单元、临界部分计算单元和打洞区域预判单元；

所述手术对象三维建模单元，获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型；所述三维模型包括由顶点组成的网格图，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示；

所述顶点伸缩系数计算单元，根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间；

所述临界部分计算单元记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分；

所述打洞区域预判单元根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分；所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中，顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

2.根据权利要求1所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其特征在于，所述三维模型包括：收缩关联部分和独立肌体部分。

3.根据权利要求2所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其特征在于，所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门；所述独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

4.根据权利要求3所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其特征在于，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿顶点的Z轴弹性分量在设定范围内。

5.根据权利要求4所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其特征在于，根据挂线对应的长度，计算对应的齿状线上沿顶点施加Z轴方向上的外力；根据所述挂线对应的外力，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下；肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度，为挂线的推荐长度。

6.根据权利要求5所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助系统，其特征在于，将设定范围内外力以设定间隔模拟，得到第一打洞区域和第二打洞区域的Z轴长的平均值，为挂线的推荐基础长度。

7.一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，用于肛瘘手术中的挂线打洞点的预判和提示，包括以下步骤：

步骤101、获取肛肠手术对象的三维影像数据，根据肛肠的三维影像数据，对肛肠手术对象进行三维建模，获得肛肠手术对象的三维模型；所述三维模型包括由顶点组成的网格图，每个顶点的伸缩系数用质点弹簧的弹力向量表示；

步骤102、根据动态收缩的三维影像数据，获取三维模型上顶点对应的弹力向量，以及弹力向量区间；

步骤103、记录所述齿状线上沿打洞部分在每一帧的形变数据，并根据形变数据，确定齿状线上沿打洞部分形变超过第一阈值的临界部分；

步骤104、根据三维模型上瘘管的位置，以及瘘管自身的弹力向量，选择瘘管顶点的Z轴弹力向量分量小于第二阈值的区域，为挂线的第一打洞区域；根据第一打洞区域，垂直映射到齿状线上沿打洞部分；所述齿状线上沿打洞部分去除临界部分长度的区域中，顶点的Z轴弹力向量分量小于第三阈值的区域为第二打洞区域；将第一打洞区域和第二打洞区域，在三维模型上标记显示。

8.根据权利要求7所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，其特征在于，所述三维模型包括收缩关联部分和独立肌体部分；所述收缩关联部分包括：肛肠的齿状线上沿打洞部分、齿状线、齿状线下沿部分、肛门；独立肌体部分：肛门内括约肌、肛门外括约肌、以及肛门上的瘘管。

9.根据权利要求8所述的一种肛瘘手术中的挂线打洞辅助方法，其特征在于，在所述三维模型的第一打洞区域和第二打洞区域设置模拟挂线，并根据模拟挂线的长度调整，使齿状线上沿的Z轴弹性分量在为设定范围内施加Z轴方向上的外力；

根据所述外力，计算三维模型各部分对应的弹力向量，使三维模型的各部分处于挂线帧的状态下，将肛肠的第二打洞区域、齿状线、齿状线下沿部分到肛瘘第一打洞区域的Z轴长度，为挂线的推荐基础长度。

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