CN114529667A - 颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质 - Google Patents

颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质 Download PDF

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CN114529667A CN202210047399.3A CN202210047399A CN114529667A CN 114529667 A CN114529667 A CN 114529667A CN 202210047399 A CN202210047399 A CN 202210047399A CN 114529667 A CN114529667 A CN 114529667A
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Abstract

本发明实施例包括一种颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质，其中，颅内穿刺手术教学方法包括：获取目标对象的手术模型，手术模型包括头颅模型和病灶模型；根据头颅模型和病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；利用混合现实设备根据头颅模型将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上，以使用户根据预设穿刺路径和病灶模型进行穿刺训练。本发明利用混合现实设备将病灶模型和预设穿刺路径投影至实体教学模型上，利用投影产生的病灶模型和穿刺路径辅助学生对实体教学模型进行模拟手术训练，相较于现有技术中通过手术过程视频、CT或MR影像进行学习，本发明能够实现颅内手术的模拟教学，有助于学生了解手术操作过程，提高学习效率。

Description

颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质
技术领域
本发明涉及但不限于图像处理技术领域，尤其涉及一种颅内穿刺手术教学方法及装置、存储介质。
背景技术
目前，颅内手术的教学方式一般是通过手术过程的录像、静态的计算机体层摄影(Computed Tomography，CT)或者磁共振(Magnetic Resonance，MR)影像来进行判断教学，但颅内手术由于空间狭小且颅内存在血管、神经等重要结构，手术要求高、难度大。另外，由于受到法律、医药伦理、患者安全、尸体头部获取困难且无法重复使用等因素的限制，学生难以借助患者或者尸体头部标本进行实际操作，而仅通过观察手术过程的录像、CT、MR影像进行学习，无法快速掌握手术知识。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质，能够实现对颅内手术的模拟教学，提高教学效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种颅内穿刺手术教学方法，该方法包括：
获取目标对象的手术模型，所述手术模型包括头颅模型和病灶模型，其中，所述手术模型为基于虚拟现实三维重建的模型；
根据所述头颅模型和所述病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；
利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，以使用户根据所述预设穿刺路径和所述病灶模型进行穿刺训练。
在本发明一实施例中，所述预设穿刺路径由以下步骤得到：
对所述头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；
根据所述骨骼模型设定穿刺点；
根据所述病灶模型设定穿刺区域；
根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径。
在本发明一实施例中，所述根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径，包括：
根据所述穿刺点和所述穿刺区域得到预选穿刺路径；
根据所述预选穿刺路径与所述组织结构之间的距离从所述穿刺区域选取穿刺终点；
根据所述穿刺终点与所述穿刺点得到终选穿刺路径。
在本发明一实施例中，所述根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径之后，还包括：
根据所述穿刺路径与所述组织结构之间的距离对所述组织结构赋予颜色。
在本发明一实施例中，所述头颅模型包括虚拟五官标记，所述实体教学模型包括与所述虚拟五官标记相对应的实体五官标记；
所述利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，还包括：
将所述头颅模型、预设穿刺路径和所述病灶模型发送至混合现实设备；
利用所述混合现实设备根据所述虚拟五官标记和所述实体五官标记，将所述预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上。
在本发明一实施例中，所述手术模型由以下步骤得到：
获取目标对象的病灶特征图像和五官特征信息；
根据所述病灶特征图像和所述五官特征信息进行三维建模，得到手术模型。
第二方面，本发明实施例还提供了一种颅内穿刺手术教学装置，该装置包括：
模型获取单元，所述模型获取单元用于获取目标对象的手术模型，所述手术模型包括头颅模型和病灶模型；
实体模型构建单元，所述实体模型构建单元用于根据所述头颅模型和所述病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；
投影成像单元，所述投影成像单元用于利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，以使用户根据所述预设穿刺路径和所述病灶模型进行穿刺训练。
在本发明一实施例中，所述装置还包括：
手术模型分割单元，所述模型分割单元用于对所述头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；
穿刺点设定单元，所述穿刺点设定单元用于根据所述骨骼模型设定穿刺点；
穿刺区域设定单元，所述穿刺区域设定单元用于根据所述病灶模型设定穿刺区域；
穿刺路径构建单元，所述穿刺路径构建单元用于根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径。
第三方面，本发明实施例还提供了一种颅内穿刺手术教学装置，该装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任意一项实施例所述的颅内穿刺手术教学方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面任意一项实施例所述的颅内穿刺手术教学方法。
本发明实施例包括一种颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质，其中，颅内穿刺手术教学方法包括：获取目标对象的手术模型，手术模型包括头颅模型和病灶模型，其中，所述手术模型为基于虚拟现实三维重建的模型；根据头颅模型和病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；利用混合现实设备根据头颅模型将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上，以使用户根据预设穿刺路径和病灶模型进行穿刺训练。根据本发明实施例提供的方案，通过获取目标对象的手术模型，将手术模型中的头颅模型和病灶模型进行三维打印得到实体教学模型，利用实体教学模型对目标对象的手术模型进行还原，从而学生能够通过具体的物理模型进行认识和了解，并且能够对实体教学模型进行模拟颅内手术。利用混合现实设备将头颅模型与实体教学模型进行配准，将病灶模型和预设穿刺路径投影至实体教学模型上，从而学生能够利用混合现实设备投影产生的病灶模型和穿刺路径辅助手术训练，相较于现有技术中通过手术过程视频、CT或MR影像进行学习，本发明能够实现颅内手术的模拟教学，有助于学生了解手术操作过程，提高学习效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一个实施例提供的颅内穿刺手术教学方法的步骤流程图；
图2是本发明另一个实施例提供的预选穿刺路径构建的步骤流程图；
图3是本发明另一个实施例提供的建立穿刺路径的步骤流程图；
图4是本发明另一个实施例提供的赋予组织结构颜色的步骤流程图；
图5是本发明另一个实施例提供的投影成像的步骤流程图；
图6是本发明另一个实施例提供的得到手术模型的步骤流程图；
图7是本发明另一个实施例提供的颅内穿刺手术教学装置的模块示意图；
图8是本发明另一个实施例提供的颅内穿刺手术教学装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明提供了一种颅内穿刺手术教学方法、装置、存储介质，其中，颅内穿刺手术教学方法通过获取目标对象的手术模型，将手术模型中的头颅模型和病灶模型进行三维打印得到实体教学模型，利用实体教学模型对目标对象的手术模型进行还原，从而学生能够通过具体的物理模型进行认识和了解，并且能够对实体教学模型进行模拟颅内手术。利用混合现实设备将头颅模型与实体教学模型进行配准，将病灶模型和预设穿刺路径投影至实体教学模型上，从而学生能够利用混合现实设备投影产生的病灶模型和穿刺路径辅助手术训练，相较于现有技术中通过手术过程视频、CT或MR影像进行学习，本发明能够实现颅内手术的模拟教学，有助于学生了解手术操作过程，提高学习效率。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，图1是本发明一个实施例提供的颅内穿刺手术教学方法的步骤流程图，该方法包括但不限于有以下步骤：
步骤S110，获取目标对象的手术模型，手术模型包括头颅模型和病灶模型，其中，手术模型为基于虚拟现实三维重建的模型；
步骤S120，根据头颅模型和病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；
步骤S130，利用混合现实设备根据头颅模型将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上，以使用户根据预设穿刺路径和病灶模型进行穿刺训练。
可以理解的是，获取目标对象的手术模型，手术模型是基于虚拟现实对需要进行颅内手术的目标对象的头部进行三维重建的虚拟三维模型，其中，手术模型包含有目标对象的病灶模型和头颅模型。头颅模型是目标对象中的头颅骨骼以及颅内血管、组织等结构，而病灶模型则是需要进行手术处理的部分。手术模型可以是通过对目标对象进行扫描得到的，也可以是预先设置好的头部模型。
将头颅模型和病灶模型导入三维成型打印设备中，进行三维打印，得到实体教学模型，实体教学模型是针对目标对象中的头颅模型和病灶模型进行还原，含有实体病灶模型和实体头颅模型，从而学生无需其他设备即可直接观察实体教学模型，还可以直接触摸实体教学模型，能够让学生充分了解目标对象的头颅骨骼、颅内病灶的形状特点、体积大小。由于实体教学模型是根据手术模型和穿刺方案进行还原，便于学生对目标对象的手术模型进行了解，对穿刺方案进行学习。教学人员利用实体教学模型进行教学能够生动形象地为学员地展示，学员可以直接观察病灶模型和头颅模型，并且无需受到法律、医药伦理、患者安全、尸体头部获取困难的限制，且由于手术涉及颅内中枢神经系统，解剖复杂，功能重要，病变位置多么变，病理性解剖与教科书中生理解剖结构出入较大，使得学习难度大，而通过三维打印还原目标对象的手术模型，从而学员可以利用实体教学模型进行观摩和学习。
将手术模型中的头颅模型和病灶模型导入混合现实设备中，从而利用混合现实设备对虚拟的头颅模型和实体教学模型进行配准，其中，混合现实设备可以利用头颅模型中的五官特征与实体教学模型进行配准，例如，混合现实设备选取五官特征中的鼻翼两侧、鼻根和左右眼外龇，并在实体教学模型上一一定位配准，从而在实体教学模型还原出手术模型，即将病灶模型投影至实体教学模型上。因此，学生通过佩戴混合现实设备观察实体教学模型，能够直接获知病灶模型的位置、形状和大小，有助于学生对目标对象的病变情况进行了解。另外，混合现实设备还能够获取预设穿刺路径，预先设置的穿刺路径有多种，预先设置有适合不同病灶模型的种类、位置的穿刺路径，从而根据目标对象的病灶模型的种类和位置，从众多预设穿刺路径中选取合适的穿刺路径使得颅内穿刺手术过程中能够安全高效地进行。穿刺路径也可以是根据病灶模型与头颅模型设置的，例如，可以根据病灶模型与头颅模型之间的距离进行设置穿刺路径的穿刺位置，也可以根据病灶模型位于头颅模型内的位置进行调节穿刺路径的穿刺角度。因此，混合现实设备将预设的穿刺路径与病灶模型一并投影至实体教学模型上，从而学生能够根据预设穿刺路径的投影学习穿刺角度、穿刺距离和穿刺点，有助于学生选择手术入路，设计手术切口，提高颅内穿刺手术的熟练度。实体教学模型与混合现实设备的投影成像技术相互配合，基于混合现实设备对实体教学模型内的病灶进行模拟处理，能够对病变及周围结构进行多参数测量，直观显示实体教学模型中的病变结构，指导学生进行模拟穿刺手术，并且通过实体教学模型进行反复的手术模拟，避免对患者造成不必要的伤害，能够有助于用户的理解和学习，提高教学效率，提高用户的手术熟练度。
需要说明的是，本发明实施例中，通过混合现实设备将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上，从而学生能够沿着预设穿刺路径对实体教学模型进行穿刺训练，熟悉穿刺手术，提高穿刺手术熟练度。另外，还可以利用混合现实设备仅将病灶模型投影至实体教学模型上，而不显示预设穿刺路径，从而学生可以不受预设穿刺路径的干扰，直接根据实体教学模型中的病灶模型，如病灶模型的种类、体积和形状，自定义设计穿刺方案，包括自定义设计穿刺点和自定义设计穿刺路径，从而根据自定义设置的穿刺点和穿刺路径进行模拟穿刺手术，并且能够通过自定义设计的穿刺方案与预设穿刺路径的穿刺方案进行对比，如计算并比较两者的穿刺效率、处理效果以及手术风险，有助于提高学生的理解能力和学习效率，提高学生的手术熟练度。
需要说明的是，本发明实施例并不涉及混合现实设备的改进，本领域技术人员有动机根据实际情况选用不同的混合现实设备，可以是Hololens混合现实设备。借助Hololens混合现实设备,能够立体地呈现颅内解剖结构,病灶的大小形态及位置,周围血管及神经纤维走行、毗邻关系。将虚拟图像的手术模型与现实世界中的实体教学模型进行结合,共同呈现一个虚拟与现实交互的场景，能够让学生真实体会穿刺手术的过程,理解手术操作。
需要说明的是，本发明方法针对于大脑半球手术的辅助教学，不涉及对小脑手术的应用。
另外，参照图2，在一实施例中，本发明实施例中的预选穿刺路径由以下步骤得到：
步骤S210，对头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；
步骤S220，根据骨骼模型设定穿刺点；
步骤S230，根据病灶模型设定穿刺区域；
步骤S240，根据组织结构、穿刺点和穿刺区域得到穿刺路径。
可以理解的是，根据头颅模型的医学影像特点，能够从头颅模型中分割出血管、脑膜等组织结构以及顶骨、枕骨、额骨等骨骼模型。另外，头颅模型还包括有皮肤模型，如头皮。其中，可以根据对目标对象的头部进行扫描，获取头颅模型相应的剖面影像，再根据剖面影像对头颅模型进行分割，提高分割的准确率。
颅内穿刺手术可以包括脑室穿刺手术和颅内血肿穿刺手术，其中，可以根据病变常规路径进行设计穿刺点，例如针对脑室穿刺手术，可以根据骨骼模型以及皮肤模型中的至少一种进行设定不同穿刺点，可以选择脑室穿刺常规定位的前额部Kocher点，根据骨骼模型中的鼻根上后方11厘米，中线旁开3厘米处设置穿刺点，或者冠状缝前两厘米，中线旁开3至4厘米处设置穿刺点。而根据脑室出血或脑积水中的病灶模型，穿刺区域可以设定在皮面下方6厘米处的位置，或者穿透同侧侧脑室前角的位置，或者穿刺区域设定为室间孔处。另外，也可以选择后枕部的Frazier孔，根据骨骼模型中的枕外隆突上方6厘米，中线旁开3至4厘米处设定穿刺点。而根据脑内积液的病灶模型，穿刺区域可以选择由穿刺点向对侧内眦上方4厘米处。针对基底节血肿穿刺手术，穿刺点需避开矢状窦左、右旁开2厘米的范围和横窦上、下2厘米的范围。另外，除了根据病变常规路径进行设计，还可以根据骨骼模型中的外部输入限制而调整穿刺点的位置，例如，骨骼模型的外部输入限制可以是用户根据目标对象的骨骼模型所设定的不可穿刺点，即骨骼模型中的外部输入限制可以是用户自定义设计的穿刺点。
针对颅内的球形血肿或椭圆形血肿，穿刺区域可以根据常见高血压脑出血的定位选择血肿的中心位置。当血肿体积较大，还可以选择血肿中离穿刺点较远处作为穿刺区域。另外，穿刺区域也可以沿血肿的长轴进行设定。穿刺路径的构建需要避开头颅模型中的组织结构，避免穿刺路径在进行穿刺操作的过程中触碰甚至损坏组织结构，影响手术效果和患者安全。另外，还需要根据病灶模型的体积大小、具体位置，以及病灶模型所涉及的组织结构，即该病灶模型所影响的血管等脑部组织，确定出手术处理的安全区域；根据安全区域以及穿刺位置建立穿刺路径，从而降低穿刺路径在进行穿刺操作的过程中所影响的组织结构的数量。通过预先设置穿刺路径，能够有助于学生选择手术入路，设计手术切口和穿刺方向，指导学生进行模拟穿刺手术，提高学生的熟练度。另外，还能够利用预设的穿刺路径与学生设计的穿刺路径进行对比，引导学生学习安全高效的穿刺手术，提高学习效率。
另外，参照图3，在一实施例中，图2所示实施例中的步骤S230还包括但不限于有以下步骤：
步骤S310，根据穿刺点和穿刺区域得到预选穿刺路径；
步骤S320，根据预选穿刺路径与组织结构之间的距离从穿刺区域选取穿刺终点；
步骤S330，根据穿刺终点与穿刺点得到终选穿刺路径。
可以理解的是，根据设定的穿刺点和穿刺区域可以进行预选穿刺路径的构建。根据病灶模型的位置和体积，计算病灶模型需要手术处理的穿刺区域与穿刺点之间的距离，从穿刺区域中选取中心点作为穿刺终点，根据穿刺终点和穿刺点构建出预选穿刺路径。由于头颅模型内的血管、锥体束等组织结构十分重要，穿刺路径需要绕开一些重要组织结构，通过计算预选穿刺路径与组织结构之间的距离，当穿刺路径与组织结构之间的距离超过安全距离，则认为根据当前的预选穿刺路径进行颅内穿刺手术会影响手术效果，因此，通过调节穿刺区域的穿刺终点，改变穿刺路径进入头颅模型内的角度，直至所构建的穿刺路径与组织结构之间的距离超过安全距离，则该穿刺路径设定为终选穿刺路径。因此，根据组织结构与穿刺路径之间的距离，调整穿刺终点和穿刺角度，使得穿刺路径能够通过合适的穿刺角度进入头颅模型内，避开组织结构而到达所需的穿刺深度，有助于避免穿刺路径在穿刺过程中受组织结构的干扰或损坏组织结构，影响患者安全，提高学生对颅内穿刺手术的熟练度。
另外，参照图4，在一实施例中，图2所示实施例中的步骤S240之后还包括但不限于有以下步骤：
步骤S410，根据穿刺路径与组织结构之间的距离对组织结构赋予颜色。
可以理解的是，由于穿刺路径需要进入头颅模型内对病灶模型进行操作处理，而头颅模型内含有较多的组织结构，在穿刺路径在穿刺过程中会接触甚至穿过一些组织结构，且在对病灶模型进行处理时还会涉及部分组织结构。但组织结构十分重要，与患者安全密切联系，不可随意处理，在进行穿刺操作的过程中需要仔细认真，避免使组织结构受损，影响患者安全。因此，计算穿刺路径与组织结构之间的距离，当穿刺路径与某个组织结构之间的距离超过预设的安全距离，则认为穿刺路径在穿刺过程中会与该组织结构接触，存在损坏该组织结构的可能性，因此，对该组织结构赋予颜色，例如，对该组织结构赋予黄色，表示在穿刺路径进行穿刺操作的过程中应当高度注意的组织结构。当穿刺路径与某个组织结构之间的距离未超过预设的安全距离，则认为穿刺路径在穿刺过程中不会与该组织结构接触，可以对该组织结构赋予绿色，表示在穿刺路径进行穿刺操作的过程中应当注意的组织结构。因此，通过对与穿刺路径间距不同的组织结构进行赋色标记，能够提醒用户，辅助用户进行穿刺操作的教学与学习，提高教学效率。
另外，参照图5，在一实施例中，在图1所示实施例中的步骤S130之后，还包括但不限于有以下步骤：
步骤S510，将头颅模型、预设穿刺路径和病灶模型发送至混合现实设备；
步骤S520，利用混合现实设备根据虚拟五官标记和实体五官标记，将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上。
可以理解的是，头颅模型包括虚拟五官标记，即人体面部特征，如左右眼外龇、鼻翼两侧、鼻根等，而实体教学模型与头颅模型相对应，实体教学模型也包括有实体五官标记，且实体五官标记与虚拟五官标记相匹配。因此，将头颅模型投影至实体教学模型上，使得虚拟五官标记与实体五官标记一一对应，从而能够在对实体教学模型的操作的过程中，利用虚拟教学模型进行辅助，便于学生快速掌握手术技巧，提高教学效率。
可以理解的是，混合现实模型可以存储有实体教学模型的相关数据，也可以对实体教学模型进行扫描识别。可以将预设穿刺路径、头颅模型和病灶模型上传至Unity软件进行保存，混合现实设备可以从Unity软件中下载预设穿刺路径、头颅模型和病灶模型，从而混合现实设备能够实现根据虚拟五官标记和实体五官标记将预设穿刺路径、头颅模型和病灶模型投影至实体教学模型。例如，将头颅模型中的左右眼外龇、鼻翼两侧和鼻根，与实体教学模型中的左右眼外龇、鼻翼两侧和鼻根一一对应，从而能够实现病灶模型和穿刺路径的投影成像，提高投影的准确率。
需要说明的是，本发明实施例并不限制五官特征信息的具体选取区域，可以是分别从鼻根、左右眼外龇、鼻翼左右两侧的5个区域获取特征点，本领域技术人员有动机根据实际情况选用，在此不多做赘述。
另外，参照图6，图6示出了本发明实施例中的手术模型可以由以下步骤获得：
步骤S610，获取目标对象的病灶特征图像和五官特征信息；
步骤S620，根据病灶特征图像和五官特征信息进行三维建模，得到手术模型。
可以理解的是，可以通过CT影像、MR影像获取目标对象的医学影像，包括病灶特征图像和五官特征信息，其中，病灶特征图像包括有病灶大小、形状、位置等相关特征信息，而五官特征信息包括有左右眼外龇位置、鼻翼两侧位置和鼻根位置。利用所获取得到的病灶特征图像以及五官特征信息进行三维建模，例如，根据五官特征信息进行构建头颅模型，即由左右眼外龇、鼻翼两侧和鼻根为基准点，并根据医学影像进行构建头颅模型；而根据病灶特征图像中的大小、形状和位置信息构建相应的病灶模型。根据医学图像，确定病灶模型位于头颅模型的位置，从而得到手术模型。手术模型可以为映射有目标对象的病灶特征信息，例如病灶位置、病灶形状大小等相关信息的虚拟模型，为实现手术模型和穿刺路径的投影以及实体教学模型的构建提供有效的数据基础。
另外，参考图7，本发明的一个实施例还提供了一种颅内穿刺手术教学装置。该颅内穿刺手术教学装置包括模型获取单元、实体模型构建单元和投影成像单元，其中，模型获取单元用于获取目标对象的手术模型，手术模型包括头颅模型和病灶模型，其中，手术模型为基于虚拟现实三维重建的模型；实体模型构建单元用于根据头颅模型和病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；投影成像单元用于利用混合现实设备根据头颅模型将预设穿刺路径和病灶模型投影至实体教学模型上，以使用户根据预设穿刺路径和病灶模型进行穿刺训练。
可以理解的是,本实施例提供的颅内穿刺手术教学装置的具体原理可以参考上述方法步骤S110至步骤S130的描述，在此不多做赘述。
另外，参考图7，本发明实施例的颅内穿刺手术教学装置还包括手术模型分割单元、穿刺点设定单元、穿刺区域设定单元和穿刺路径构建单元，其中，模型分割单元用于对头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；穿刺点设定单元用于根据骨骼模型设定穿刺点；穿刺区域设定单元用于根据病灶模型设定穿刺区域；穿刺路径构建单元用于根据组织结构、穿刺点和穿刺区域得到穿刺路径。
另外，参考图7，本发明实施例的穿刺路径构建单元包括预选构建单元、终点选取单元和终选构建单元。预选构建单元用于根据穿刺点和穿刺区域得到预选穿刺路径；终点选取单元用于根据预选穿刺路径与组织结构之间的距离从穿刺区域选取穿刺终点；终选构建单元用于根据穿刺终点与穿刺点得到终选穿刺路径。
另外，参考图7，本发明实施例的颅内穿刺手术教学装置还包括颜色赋予单元，颜色赋予单元用于根据穿刺路径与组织结构之间的距离对组织结构赋予颜色。
另外，参考图8，本发明的一个实施例还提供了一种颅内穿刺手术教学装置900，该终端包括：存储器810、处理器820及存储在存储器810上并可在处理器820上运行的计算机程序。
处理器820和存储器810可以通过总线或者其他方式连接。
实现上述实施例的颅内穿刺手术教学方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器810中，当被处理器820执行时，执行上述实施例中的手术模型成像，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至方法步骤S130、图2中的方法步骤S210至方法步骤S240、图3中的方法步骤S310至方法步骤S330、图4中的方法步骤S410、图5中的方法步骤S510至方法步骤S520和图6中的方法步骤S610至方法步骤S620。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
此外，本发明的一个实施例还提供了一种存储介质，该存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器820或控制器执行，例如，被上述颅内穿刺手术教学装置800实施例中的一个处理器820执行，可使得上述处理器820执行上述实施例中的颅内穿刺手术教学方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S110至方法步骤S130、图2中的方法步骤S210至方法步骤S240、图3中的方法步骤S310至方法步骤S330、图4中的方法步骤S410、图5中的方法步骤S510至方法步骤S520和图6中的方法步骤S610至方法步骤S620。本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种颅内穿刺手术教学方法，其特征在于，包括：
获取目标对象的手术模型，所述手术模型包括头颅模型和病灶模型，其中，所述手术模型为基于虚拟现实三维重建的模型；
根据所述头颅模型和所述病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；
利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，以使用户根据所述预设穿刺路径和所述病灶模型进行穿刺训练。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设穿刺路径由以下步骤得到：
对所述头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；
根据所述骨骼模型设定穿刺点；
根据所述病灶模型设定穿刺区域；
根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径，包括：
根据所述穿刺点和所述穿刺区域得到预选穿刺路径；
根据所述预选穿刺路径与所述组织结构之间的距离从所述穿刺区域选取穿刺终点；
根据所述穿刺终点与所述穿刺点得到终选穿刺路径。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径之后，还包括：
根据所述穿刺路径与所述组织结构之间的距离对所述组织结构赋予颜色。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述头颅模型包括虚拟五官标记，所述实体教学模型包括与所述虚拟五官标记相对应的实体五官标记；
所述利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，还包括：
将所述头颅模型、预设穿刺路径和所述病灶模型发送至混合现实设备；
利用所述混合现实设备根据所述虚拟五官标记和所述实体五官标记，将所述预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述手术模型由以下步骤得到：
获取目标对象的病灶特征图像和五官特征信息；
根据所述病灶特征图像和所述五官特征信息进行三维建模，得到手术模型。
7.一种颅内穿刺手术教学装置，其特征在于，包括：
手术模型获取单元，所述模型获取单元用于获取目标对象的手术模型，所述手术模型包括头颅模型和病灶模型；
实体模型构建单元，所述实体模型构建单元用于根据所述头颅模型和所述病灶模型进行三维打印，得到实体教学模型；
投影成像单元，所述投影成像单元用于利用混合现实设备根据所述头颅模型将预设穿刺路径和所述病灶模型投影至所述实体教学模型上，以使用户根据所述预设穿刺路径和所述病灶模型进行穿刺训练。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
模型分割单元，所述模型分割单元用于对所述头颅模型进行分割得到组织结构和骨骼模型；
穿刺点设定单元，所述穿刺点设定单元用于根据所述骨骼模型设定穿刺点；
穿刺区域设定单元，所述穿刺区域设定单元用于根据所述病灶模型设定穿刺区域；
穿刺路径构建单元，所述穿刺路径构建单元用于根据所述组织结构、所述穿刺点和所述穿刺区域得到穿刺路径。
9.一种颅内穿刺手术教学装置，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的颅内穿刺手术教学方法。
10.一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至6中任意一项所述的颅内穿刺手术教学方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114913309A (zh) * 2022-05-28 2022-08-16 深圳大学 基于混合现实的高仿真外科手术教学系统及其方法
CN116763431A (zh) * 2023-07-14 2023-09-19 中国人民解放军总医院第一医学中心 自发性脑出血穿刺置管路径规划方法、系统及电子设备

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