CN116269749A - 一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，腹腔镜下膀胱癌手术系统包括服务器、以及电子腹腔镜、交互模块、识别模块、评估模块，服务器分别与交互模块、识别模块和评估模块连接；识别模块根据电子腹腔镜采集得到的术野图像数据对腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别，评估模块根据识别模块识别的结果进行定位，以对识别结果对应的组织状态进行评估，交互模块用于向操作者进行交互，以提示操作者当前操作位置的状态。本发明通过交互模块和评估模块的相互配合，使得操作者能够实时掌握提示的预警信息，以获得最佳的交互体验，使得操作者能获得辅助警示和精准引导，保证整个操作过程的便捷性和精准性。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统。
背景技术
膀胱癌是泌尿生殖系统常见恶性肿瘤，发病率在所有恶性肿瘤中位居十二位，其中男性更为明显，发病率位居第六位，死亡率排第九位，均高于女性，且有增长的趋势，对患者寿命及生活质量产生严重影响。根据肿瘤在膀胱浸润的程度，可将膀胱癌分为非肌层浸润性(non muscle-invasive bladder cancer,NMIBC)及肌层浸润性膀胱癌(muscle-invasive bladder cancer,MIBC)，对于初发、单发的NMIBC，采取经尿道膀胱肿瘤电切，并辅以卡介苗或其他化疗药物行膀胱灌注可获得良好肿瘤控制效果，但复发的、高级别的、灌注治疗失败的NMIBC以及MIBC，根治性膀胱切除术仍然是治疗的金标准。男性标准膀胱癌根治术切除范围包括膀胱、前列腺、精囊腺、输精管并进行盆腔淋巴结清扫以及尿流改道，操作步骤繁杂、切除范围大，容易损伤与勃起功能密切相关的神经及血管，患者术后勃起功能障碍的比例高达90％，大大降低了患者术后生活质量。因此，在保证肿瘤良好根治效果的基础上，如何最大程度保留患者术后尿控及性功能仍然是个亟待探索的重要科学问题。
现有的技术中针对膀胱癌的根治手术中缺乏对腹下神经、盆神经丛、精囊腺外侧及前列腺后外侧准确的识别及手术交互，也无法对手术操作者进行交互提示，造成手术中损伤了勃起及射精相关的血管及神经。
为了解决本领域普遍存在缺乏交互手段、无法辅助警示、无法提供引导等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统包括服务器、以及电子腹腔镜，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统还包括交互模块、识别模块、评估模块，所述服务器分别与所述交互模块、所述识别模块和评估模块连接；
所述识别模块根据所述电子腹腔镜采集得到的术野图像数据对腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别，所述评估模块根据所述识别模块识别的结果对识别结果对应的组织状态进行评估，所述交互模块用于向操作者进行交互，以提示所述操作者当前操作位置的状态；
所述识别模块包括识别单元以及数据采集单元，所述数据采集单元获取所述电子腹腔镜的术野图像数据，所述识别单元根据所述数据采集单元采集得到的图片数据对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别；
所述评估模块包括数据传输单元以及评估单元，所述评估单元根据所述识别模块的识别结果，对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的状态进行评估，所述数据传输单元用于将所述评估单元的评估数据向所述交互模块进行传输，以在所述交互模块上实时显示所述评估单元的评估数据。
可选的，所述数据采集单元包括图像采集器、数据存储器，所述图像采集器用于对所述电子腹腔镜的图像进行采集，所述数据存储器用于对所述图像采集器采集得到的图像进行存储。
可选的，所述识别单元包括图形标志数据库、图像标记器、以及比对器，所述图像标记器用于对识别出来的术野图像数据进行标记，并存储在所述数据存储器中，所述图形标记数据库预置所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺的标记物，所述比对器用于将所述图像采集器采集得到的所述术野图像数据与所述图形标记数据库的标记物进行比对，并输出识别结果。
可选的，所述评估单元获取所述识别单元的识别结果、以及所述术野图像数据，并根据下式计算评估状态指数State：
式中，N为所述标记物的数量，τ为视野调整系数，L1为手术的术野中暴露伤口的长度距离，L2为手术的术野中暴露伤口的宽度距离；
若所述评估单元的评估状态指数State低于设定的允许阈值Allow，则触发对所述操作者的交互提示操作。
可选的，所述交互模块包括提示单元以及预警单元，所述提示单元用于向所述操作者进行交互提示，所述预警单元用于向所述操作者进行预警；
其中，所述提示单元包括交互屏、以及可执行程序，所述可执行程序用于在所述交互屏上进行执行，以在所述交互屏上显示所述预警单元的预警信息以及所述评估单元的评估结果。
可选的，所述数据传输单元包括数据采集器以及信号传输器，所述信号传输器用于向所述交互屏传输信号，以建立数据传输通路，所述数据采集器用于将所述评估单元的评估结果进行采集，并将所述评估单元的评估结果向所述交互屏进行传输。
可选的，所述评估单元获取所述电子腹腔镜采集的图像数据，并对所述图像数据进行处理，所述处理包括灰度化和边缘提取。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过数据采集单元和识别单元的相互配合，使得腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺能够被识别出来，以实现术野对应位置的精准定位，提升整个识别过程的识别效率；
2.通过比对腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的标记物，以实现腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的识别，以达到对手术位置以及手术状态的精准评估；
3.通过图像采集器实时采集电子腹腔镜采集得到的术野图像数据，并传输至识别单元进行识别，以提升识别单元识别的精准性和高效性；
4.通过提示单元和评估单元的相互配合，使得操作者能够实时掌握提示的预警信息，以获得最佳的交互体验，使得操作者能获得辅助警示和精准引导，保证整个操作过程的便捷性和精准性。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的整体方框示意图。
图2为本发明的数据采集单元和识别单元的识别方框示意图。
图3为本发明的识别单元和评估单元的评估流程示意图。
图4为本发明的实施例二的方框示意图。
图5为本发明的术野图像数据中标记物的场景示意图。
图6为本发明的游离后的术野图像数据中对应的标记物的场景示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实施例提供一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统包括服务器、以及电子腹腔镜，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统还包括交互模块、识别模块、评估模块，所述服务器分别与所述交互模块、所述识别模块和评估模块连接；
所述识别模块根据所述电子腹腔镜采集得到的术野图像数据对腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别，所述评估模块根据所述识别模块识别的结果对识别结果对应的组织状态进行评估，所述交互模块用于向操作者进行交互，以提示所述操作者当前操作位置的状态；
所述腹腔镜下膀胱癌手术系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述交互模块、识别模块、服务器以及所述评估模块控制连接，并基于所述中央处理器对所述交互模块、所述识别模块和所述评估模块进行集中控制；
所述识别模块包括识别单元以及数据采集单元，所述数据采集单元获取所述电子腹腔镜的术野图像数据，所述识别单元根据所述数据采集单元采集得到的图片数据对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别；
可选的，所述数据采集单元包括图像采集器、数据存储器，所述图像采集器用于对所述电子腹腔镜的图像进行采集，所述数据存储器用于对所述图像采集器采集得到的图像进行存储；
所述图像采集器实时采集所述电子腹腔镜采集得到的术野图像数据，并传输至所述识别单元进行识别，以提升所述识别单元识别的精准性和高效性；
可选的，所述识别单元包括图形标志数据库、图像标记器、以及比对器，所述图像标记器用于对识别出来的术野图像数据进行标记，并存储在所述数据存储器中，所述图形标记数据库预置所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺的标记物，所述比对器用于将所述图像采集器采集得到的所述术野图像数据与所述图形标记数据库的标记物进行比对，并输出识别结果；
在本实施例中，对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和所述前列腺进行识别的过程中，需要通过所述比对器将所述术野图像数据与所述图形标记数据库中的标记物进行比对，其中，所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和所述前列腺的标记均预置在所述图形标记数据库中；
其中，所述电子腹腔镜采集得到的术野图像数据传输至所述图像采集单元中，并根据所述图形标记数据库中的数据进行比对，以识别出腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺组织的位置；
如图5和图6所示，(图示中的亮度较高(白色)的为筋膜对应的标记物)；
在本实施例中，通过比对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和所述前列腺的标记物，以实现所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和所述前列腺的识别，以达到对手术位置以及手术状态的精准评估；
其中，比对所述标记物的方式是基于图像识别的技术手段实现的，是本领域的技术人员所熟知的技术手段，本领域的技术人员可以查询相关的技术手册获知该技术，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述数据采集单元和所述识别单元的相互配合，使得所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和所述前列腺能够被识别出来，以实现术野对应位置的精准定位，提升整个识别过程的识别效率；
所述评估模块包括数据传输单元以及评估单元，所述评估单元根据所述识别模块的识别结果，对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的状态进行评估，所述数据传输单元用于将所述评估单元的评估数据向所述交互模块进行传输，以在所述交互模块上实时显示所述评估单元的评估数据；
可选的，所述评估单元获取所述识别单元的识别结果、以及所述术野图像数据，并根据下式计算评估状态指数State：
式中，N为所述标记物的数量，τ为视野调整系数，L1为手术的术野中暴露伤口的长度距离，L2为手术的术野中暴露伤口的宽度距离；
若所述评估单元的评估状态指数State低于设定的允许阈值Allow，则触发对所述操作者的交互提示操作；
对于所述视野调整系数τ，满足：
式中，W为所述电子腹腔镜视角下伤口组织在垂直方向上所占高度的标准差，由所述电子腹腔镜的参数进行确定，H为所述电子腹腔镜视角下伤口组织在垂直方向上所占高度的的平均值，由所述电子腹腔镜的参数直接确定；
在本实施例中，通常情况下，电子内窥镜的视角下伤口组织在垂直方向上所占高度可以通过测量图像中物体的像素数来计算，其中，首先需要标定图像的尺度，以将像素数转换为实际的长度值，然后，可以通过在图像中测量物体的像素数，并将其乘以每个像素所代表的实际长度，来计算物体的实际高度。
其中，对所述视野调整系数τ的计算，这是本实施例的一种优选做法，当然本领域技术人员可以根据实验来获取一个经验系数对本公式进行优化或者替代，这里不再赘述；
其中，所述评估单元的评估状态指数State低于设定的允许阈值Allow，则触发对所述操作者的交互提示操作；
若评估状态指数State高于设定的允许阈值Allow，则表面手术视野中存在较好的手术指征，符合沿着前列腺包膜平面继续往前列腺尖部游离的条件；
在本实施例中，设定的允许阈值Allow由系统或操作者根据病人的状态或手术指征自行进行设定，这是本领域的技术人员熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；
同时，在操作者进行操作的过程中，通过对手术部位进行手术剥离，并沿着前列腺包膜平面继续往前列腺尖部游离，其中，以钝性剥离为主，紧贴前列腺包膜解剖前列腺尖部，离断背深静脉复合体，完整游离出尿道；当完全暴露出组织后，随即触发对所述评估单元对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的状态进行评估；
可选的，所述交互模块包括提示单元以及预警单元，所述提示单元用于向所述操作者进行交互提示，所述预警单元用于向所述操作者进行预警；
其中，所述提示单元包括交互屏、以及可执行程序，所述可执行程序用于在所述交互屏上进行执行，以在所述交互屏上显示所述预警单元的预警信息以及所述评估单元的评估结果；
可选的，所述数据传输单元包括数据采集器以及信号传输器，所述信号传输器用于向所述交互屏传输信号，以建立数据传输通路，所述数据采集器用于将所述评估单元的评估结果进行采集，并将所述评估单元的评估结果向所述交互屏进行传输；
可选的，所述评估单元获取所述电子腹腔镜采集的图像数据，并对所述图像数据进行处理，所述处理包括灰度化和边缘提取，以获取出所述手术的术野中暴露伤口的长度距离L1和宽度距离L2；
在本实施例中，通过获取所述术野图像数据，并对所述图像数据进行处理操作，所述处理操作包括灰度化、二值化、以及边缘处理，以形成所述术野图像数据中手术暴露伤口位置对应的边缘区域、以及所述边缘区域上的边缘像素点；
任意选取手术暴露伤口位置对应的边缘区域边缘像素点的坐标为A1(x1，y1)，B1(x2，y2)，其中，所述坐标A1和B1的选取需要满足与所述术野(手术视野)的图像的长度方向平行，则手术的术野中暴露伤口的长度距离L1，满足：
再任意选取手术暴露伤口位置对应的边缘区域边缘像素点的坐标为A2(x3，y3)，B2(x4，y4)，其中，所述坐标A1和B1的选取需要满足与所述术野(手术视野)的图像的宽度方向平行，则手术的术野中暴露伤口的宽度距离L2，满足：
值得注意的是，对手术的术野中暴露伤口的长度距离L1以及手术的术野中暴露伤口的图像像素中的宽度距离L2的计算，这是本实施例的一种优选做法，当然本领域技术人员可以根据实验来获取一个经验系数对本公式进行优化或者替代，这里不再赘述；
如图1所示，当所述电子腹腔镜采集到术野图像数据传输到所述识别模块中，并通所述识别模块对手术位置进行识别，同时通过所述评估模块对该手术位置计算评估状态指数，并根据所述评估结果触发交互提示，使得所述交互模块能向所述操作者进行交互提示或预警；
通过所述提示单元和所述评估单元的相互配合，使得所述操作者能够实时掌握提示的预警信息，以获得最佳的交互体验，使得操作者能获得辅助警示和精准引导，保证整个操作过程的便捷性和精准性。
实施例二：
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，还在于所述腹腔镜下膀胱癌手术系统还包括晃动感应模块，所述晃动感应模块用于对所述腹腔镜的晃动范围进行感应，并根据感应得到的数据通过所述交互模块向操作者进行提示；
所述晃动感应模块包括感应单元、分析单元以及通信单元，所述感应单元用于对所述腹腔镜的移动进行感应，以获得所述腹腔镜的动作数据，所述分析单元获取所述感应单元的移动量，并根据所述腹腔镜的动作数据对所述腹腔镜的移动量进行分析，所述通信单元将所述分析单元的分析结果对应的数据传输至所述中央处理器和所述交互模块中，以使得所述交互屏上能实时的显示所述腹腔镜的移动量；
所述感应单元包括限位环、以及设置在所述限位环上的三维姿势传感器，所述限位环用于对所述三维姿势传感器进行支撑，所述三维姿势传感器用于对所述腹腔镜的姿势移动量进行检测；
其中，优选的采用微型的所述三维姿态传感器，使得所述三维姿态传感器能内嵌在所述限位环的内壁上，同时，所述限位环嵌套在所述腹腔镜上，且能稳定的嵌套在其上，没有脱落的风险；
值得注意的是，所述三维姿态传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器；
所述分析单元对所述电子腹腔镜的偏移量的分析过程包括以下的四个步骤：
STEP1：姿态计算
STEP2：加速度计数据处理
STEP3：速度计算
STEP4：位移量的计算
具体的，所述分析单元获取所述三维姿势传感器的输出的欧拉角为yaw、pitch、roll，表示物体绕Z、Y、X轴的旋转角度(单位为弧度)，在步骤STEP1中的通过欧拉角计算得到旋转矩阵R：
R＝Ryow·Rpitch·Rroll；
式中Ryaw、Rpitch、Rroll分别为绕Z、Y、X轴的旋转矩阵，具体的计算方法如下：
并通过加速度计测量得到电子腹腔镜在三个轴向上的加速度值(单位为：m/s2)，分别为ax、ay、az；将加速度值转换为世界坐标系下的加速度值：
式中，R-1表示旋转矩阵的逆矩阵，即从电子腹腔镜的坐标系到世界坐标系的变换矩阵；
其中，STEP3的速度计算需要加速度计得到电子腹腔镜在世界坐标系下的加速度a，可以计算物体在该时间间隔内的速度变化量dv：
dv＝a×dt；
其中，×表示向量的叉积运算；
根据操作者操控所述电子腹腔镜的操控速度v(具体的值，可以从操作者操控电子腹腔镜的参数中获得)和速度变化量dv，可以计算得到电子腹腔镜在该时间间隔内的平均速度：
对于STEP4的位移量的计算，需要通过速度计算得到电子腹腔镜在该时间间隔内的平均速度vavg，可以计算电子腹腔镜在该时间间隔内的位移变化量ds：
ds＝vavg·dt
并通过下式进行计算：
式中，t0为操作所述腹腔镜的初始检测时间，t1为操作所述腹腔镜的最终时间点；
其中，若所述感应单元感应得到的移动量S超过设定的阈值Range，则在所述交互屏上进行显示，以提示所述操作者当前的移动量，以防止神经游离过程中的操作；
若所述感应单元感应得到的移动量S超过设定的阈值Range，则继续对所述腹腔将的移动量进行监测；
通过所述感应单元和所述分析单元的相互配合，使得所述感应单元的数据能够被精准的分析，以确保所述操作者的操作过程的精准监控；
同时，通过所述分析单元和所述交互单元、所述通信单元的配合，使得所述分析单元的分析结果能够同步显示在交互屏中，以提示所述操作者当前的操作，以防止操作过大造成神经游离过程中造成新的损伤。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (7)
1.一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统包括服务器、以及电子腹腔镜，其特征在于，所述腹腔镜下膀胱癌手术系统还包括交互模块、识别模块、评估模块，所述服务器分别与所述交互模块、所述识别模块和评估模块连接；
所述识别模块根据所述电子腹腔镜采集得到的术野图像数据对腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别，所述评估模块根据所述识别模块识别的结果对识别结果对应的组织状态进行评估，所述交互模块用于向操作者进行交互，以提示所述操作者当前操作位置的状态；
所述识别模块包括识别单元以及数据采集单元，所述数据采集单元获取所述电子腹腔镜的术野图像数据，所述识别单元根据所述数据采集单元采集得到的图片数据对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺进行识别；
所述评估模块包括数据传输单元以及评估单元，所述评估单元根据所述识别模块的识别结果，对所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺和前列腺的状态进行评估，所述数据传输单元用于将所述评估单元的评估数据向所述交互模块进行传输，以在所述交互模块上实时显示所述评估单元的评估数据。
2.根据权利要求1所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述数据采集单元包括图像采集器、数据存储器，所述图像采集器用于对所述电子腹腔镜的图像进行采集，所述数据存储器用于对所述图像采集器采集得到的图像进行存储。
3.根据权利要求2所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述识别单元包括图形标志数据库、图像标记器、以及比对器，所述图像标记器用于对识别出来的术野图像数据进行标记，并存储在所述数据存储器中，所述图形标记数据库预置所述腹下神经、盆神经丛、精囊腺、前列腺的标记物，所述比对器用于将所述图像采集器采集得到的所述术野图像数据与所述图形标记数据库的标记物进行比对，并输出识别结果。
4.根据权利要求3所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述评估单元获取所述识别单元的识别结果、以及所述术野图像数据，并根据下式计算评估状态指数State：
式中，N为所述标记物的数量，τ为视野调整系数，L1为手术的术野中暴露伤口的长度距离，L2为手术的术野中暴露伤口的宽度距离；
若所述评估单元的评估状态指数State低于设定的允许阈值Allow，则触发对所述操作者的交互提示操作。
5.根据权利要求4所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述交互模块包括提示单元以及预警单元，所述提示单元用于向所述操作者进行交互提示，所述预警单元用于向所述操作者进行预警；
其中，所述提示单元包括交互屏、以及可执行程序，所述可执行程序用于在所述交互屏上进行执行，以在所述交互屏上显示所述预警单元的预警信息以及所述评估单元的评估结果。
6.根据权利要求5所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述数据传输单元包括数据采集器以及信号传输器，所述信号传输器用于向所述交互屏传输信号，以建立数据传输通路，所述数据采集器用于将所述评估单元的评估结果进行采集，并将所述评估单元的评估结果向所述交互屏进行传输。
7.根据权利要求6所述的一种改良保留性神经的腹腔镜下膀胱癌手术系统，其特征在于，所述评估单元获取所述电子腹腔镜采集的图像数据，并对所述图像数据进行处理，所述处理包括灰度化和边缘提取。
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