TWI772917B - 電腦輔助手術路徑規劃之電腦實施方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品 - Google Patents

電腦輔助手術路徑規劃之電腦實施方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品 Download PDF

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TWI772917B
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Abstract

本發明關於一種電腦實施方法，用於手術路徑之電腦輔助規劃，該方法包含：存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；將該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集載入並顯示在三維手術路徑模擬器之中；在該三維手術路徑模擬器中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；以及透過操作該三維手術路徑模擬器而調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對方向與位置以模擬該手術路徑。

Description

電腦輔助手術路徑規劃之電腦實施方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品
本發明係有關於一種電腦輔助手術路徑規劃之電腦實施方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品，尤其是可配合電腦輔助手術或機器人輔助手術使用的手術路徑規劃方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品。
電腦輔助手術(computer-assisted surgery)技術中，對於電腦輔助手術路徑規劃的實施，大致是在手術即將進行前，病人麻醉前後的一段空檔，使用3D的C型臂(C-arm)X光透視機、電腦斷層機、或者核磁共振機掃描患部附近，並將掃描的影像顯示在手術導航軟體上，習用軟體提供四個標準視窗，其中三個是切面視窗，用於呈現矢狀切面(sagittal)、冠狀切面(coronal)及軸向切面(axial)等三個基準正交切面上的患部剖面影像，切面視窗允許醫師自主操作，以自定義三個基準切面的位置與角度，另一個視窗通常為3D患部模型。
三個切面視窗在邊緣處皆配置有滑動鍵，一旦醫師拖曳滑動鍵發出指令，軟體立即同步處理並在指定的位置與角度上建立三個新的基準切面影像(上述三種影像都可用，不限電腦斷層影像)，並回饋到切面視窗中顯示，以回應醫師的操作，使得醫師能夠隨時自主調整與改變個別基準切面的位置與角度，以實現基準切面的自定義；醫師透過操作切面視窗，就能查看患部與患部附近的基本解剖結構，尋找合適的手術進入點，以及從進入點到病灶(目標點)之間的手術路徑，有經驗的醫師，會操作切面視窗在病灶周圍不斷旋轉，從醫師視角等同拿著一個攝影機不斷繞著病灶拍攝，從而快速找到進入點與手術路徑。
這種手術路徑規劃方式看似容易，但三個切面視窗所提供的影像，只是二維的平面影像，且欠缺如動/靜脈血管分布、神經叢分布、神經線路等資訊，因此醫師實際下刀後，仍有可能誤傷動脈或神經，輕則造成病人術中失血，神經受損，重則造成病人嚴重的後遺症甚至死亡。雖然開放式手術醫師有顯微鏡可用來查看動刀位置的周遭組織，但也只是表層的影像且醫師承受時間與精神壓力，不見得能仔細觀察與思考，難以避免手術失誤。
職是之故，發明人經過悉心嘗試與研究，並一本鍥而不捨之精神，終構思出本案「電腦輔助手術路徑規劃之電腦實施方法、電腦輔助處理裝置與電腦程式產品」，能夠克服上述缺點，以下為本發明之簡要說明。
有鑑於習用技術的缺點，本發明提出一種電腦輔助手術路徑 規劃方法、電腦處理裝置與電腦程式產品，其以一系列二維醫學切片影像為基礎，將這些基礎影像重建為一組三維立體數位醫學模型，以清楚顯示出患部周圍的血管空間分布、神經空間分布、其它重要人體組織的空間分布，並精確指示出病灶位置。
本發明提出一組手術路徑模擬器平台，包含圖形化使用者介面及其控制面板，控制面板上包含一系列操作按鍵供使用者操作，藉以對所重建的三維立體數位醫學模型進行縮放、移動、旋轉、簡易編輯、調整視角、顯示或關閉子醫學模型、顯示或關閉圖層、標示病灶、新增手術器械、新增手術路徑、調整手術路徑特徵等操作，讓使用者在直觀的情況下，很容易的辨識出可行的手術路徑。
據此本發明提出一種電腦實施方法，用於手術路徑之電腦輔助規劃，該方法包含：存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；將該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集載入並顯示在三維手術路徑模擬器之中；在該三維手術路徑模擬器中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；以及透過操作該三維手術路徑模擬器而調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對方向與位置以模擬該手術路徑。
本發明進一步提出一種電腦程式產品，其經由電腦載入而執行，使該電腦執行電腦實施方法以用於手術路徑之電腦輔助規劃，該電腦實施方法包含：因應使用者之操作而存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；載入並顯示該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；在該電腦 可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；以及調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對方向與位置以模擬該手術路徑。
本發明進一步提出一種電腦處理裝置，用於手術路徑之電腦輔助規劃，並包含：處理器單元，其載入並執行三維手術路徑模擬器，該三維手術路徑模擬器可存取並顯示電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；顯示器單元，其顯示該三維手術路徑模擬器與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；以及輸入單元，提供使用者經由該輸入單元，以經由操作該書入單元在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件，並調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對位置以模擬該手術路徑。
上述發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使讀者對本揭示內容具備基本的理解，此發明內容並非揭露本發明的完整描述，且用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。
10:本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統
100:本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置
110:網路通訊模組
120:處理器單元
130:輸入單元
140:顯示器單元
150:非揮發性記憶單元
170:桌上型電腦
180:筆記型電腦
200:醫學資料集伺服器
210:患部醫學模型
220:血管醫學模型
230:神經醫學模型
240:骨骼結構醫學模型
250:三維腦血管醫學模型
260:三維頭顱醫學模型
262:三維頭顱全數位模型
264:三維腦神經醫學模型
266:三維腦溝醫學模型
270:患部整合醫學模型
280:整合腦部醫學模型
285:腦血管瘤
290:虛擬三維物件
291:異常區塊
292:虛擬三維物件
295:虛擬手術器械物件
300:網際網路
400:本發明三維手術路徑模擬器
410:圖形化使用者介面
500:醫學模型可視區域元件
501:上方指示符
503:下方指示符
505:左方指示符
507:右方指示
511:三維醫學模型顯示視窗
512:三維醫學模型顯示視窗
513:三維醫學模型顯示視窗
514:三維醫學模型顯示視窗
516:滑動鍵
600:操作面板元件
601:透明度設定欄位
603:陰影按鍵
605:接受按鍵
607:顏色按鍵
609:開始規劃按鍵
611:上移按鍵
613:下移按鍵
615:左移按鍵
617:右移按鍵
619:放大按鍵
621:縮小按鍵
623:OK按鍵
625:物件透明度設定欄位
627:物件管徑設定欄位
629:接受規劃按鍵
631:重設按鍵
810:外科醫師
820:AR眼鏡
830:手術器械
840:頭部
850:定位標記
860:位置標記
700:本發明電腦輔助手術路徑規劃方法
701-707:實施步驟
第1圖係揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統之系統架構示意圖；
第2圖揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統包含之醫學資料集伺服器與電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置之硬體架構示意圖；
第3圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所存取的三維腦血管醫學模型之示意圖；
第4圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所存取的患部整合醫學模型之示意圖；
第5圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所包含之圖形化使用者介面之示意圖；
第6圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所包含之操作面板元件之示意圖；
第7圖到第12圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第一實施例應用於腦血管瘤手術之術前手術路徑規劃實際操作過程之示意圖；
第13圖到第16圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第二實施例應用於腦血管瘤手術之術前手術路徑規劃實際操作過程之示意圖；
第17圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第三實施例之示意圖；
第18圖揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃方法之實施步驟流程圖；
第19圖係揭示本發明所規劃之手術路徑在擴增實境手術導航系統中之應用示意圖以及醫師透過擴增實境設備所看到與實境重疊之透過本發明所規劃之手術路徑之場景示意圖；以及
第20圖係揭示醫師透過擴增實境設備所看到與實境重疊之透過本發明所規劃之手術路徑之場景示意圖。
本發明將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習 本技藝之人士可以據以完成之，然本發明之實施並非可由下列實施案例而被限制其實施型態；本發明之圖式並不包含對大小、尺寸與比例尺的限定，本發明實際實施時其大小、尺寸與比例尺並非可經由本發明之圖式而被限制。
本文中用語“較佳”是非排他性的，應理解成“較佳為但不限於”，任何說明書或請求項中所描述或者記載的任何步驟可按任何順序執行，而不限於請求項中所述的順序，本發明的範圍應僅由所附請求項及其均等方案確定，不應由實施方式示例的實施例確定；本文中用語“包含”及其變化出現在說明書和請求項中時，是一個開放式的用語，不具有限制性含義，並不排除其他特徵或步驟。
本揭露所描述之電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集，簡稱為三維醫學資料集或醫學資料集，係指包含特定患部周圍相關之骨骼、皮膚、病灶(lesion)細節、身體輪廓、體內組織、體內器官、腦組織、動脈血管、靜脈血管與神經叢之結構與空間分布之三維數位醫學模型、圖形或者圖層(layer)之概括集合，各醫學資料集包含的各個三維數位醫學模型，經過校正與對準後可互相疊加。
這些三維數位醫學模型，是獨立以資料前處理的方式，經由實施三維醫學圖形建模演算法(modelling algorithm)而預先建構，三維醫學圖形建模演算法是利用各種醫學影像，例如但不限於：X光影像、電腦斷層(CT)影像、電腦斷層血管造影(CTA)影像、數位減影血管造影(DSA)影像、最大密度投影(MIP)影像、核磁共振影像(MRI)影像、核磁共振血管造影影像 (MRA)影像、功能性磁振造影(fMRI)影像、神經束造影(FA)影像、或者磁振擴散張量造影(DTI)影像或者擴散加權造影成像(DWI)影像等，作為原始醫學影像資料，經由實施一系列去雜訊、影像前處理、解剖學特徵辨識、解剖學特徵強化、對準、拼貼、內插、或者外插等方式處理，將這些基礎醫學影像建構(build)或重建(reconstruct)為相關之一個或多個三維數位醫學模型，以形成三維醫學資料集，並且預先儲存於遠端的醫學資料集伺服器、或是本地端裝置上的非揮發性記憶單元中以供存取。
當三維數位醫學模型建模完成之後，經過校正與對準後，還可進一步實施三維醫學模型對位合併演算法，選擇性地將個別的醫學模型，經過空間定位(positioning)與對準(aligning)後，合併或疊加為單一個患部整合醫學模型，以供存取。
第1圖係揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統之系統架構示意圖；本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統10是由多項硬體設備與電腦程式產品組成，屬於實體設備層的多個裝置，可以是例如但不限於：位在本地端(local site)的多台本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100，例如但不限於：桌上型電腦170或是筆記型電腦180，以及位在遠端(remote site)的醫學資料集伺服器200，桌上型電腦170或筆記型電腦180等本地端的使用者裝置，係透過網際網路300選擇性鏈結至醫學資料集伺服器200，以便與醫學資料集伺服器200雙向通訊並存取資料，網際網路300由區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)、GSM網路、4G網路、5G網路、6G網路、Wi-Fi網路、藍芽網路及其組合等所混合組成。
第2圖揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統包含之醫學資料集伺服器與電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置之硬體架構示意圖；本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100，包含彼此電連接之網路通訊模組(communication module)110、處理器單元120、三維手術路徑模擬器400、輸入單元130、顯示器單元140以及非揮發性記憶單元(non-volatile memory)150等硬體單元，以及包含在三維手術路徑模擬器400中的圖形化使用者介面、醫學模型可視區域元件、操作面板元件以及三維醫學圖形處理引擎程式模組等軟體元件，三維手術路徑模擬器400較佳是安裝在電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100上並經由處理器單元120載入而執行。
醫學資料集伺服器200中儲存有例如但不限於：皮膚醫學模型210、血管醫學模型220、神經醫學模型230、骨骼結構醫學模型240等等三維醫學資料集，因應不同手術需求，醫學資料集伺服器200還可儲存更多各形各色的醫學模型，三維手術路徑模擬器400經由網路通訊模組110而連結到醫學資料集伺服器200，而存取皮膚醫學模型210、血管醫學模型220、神經醫學模型230或者骨骼結構醫學模型240。
本發明也可以透過單機架構(standalone architecture)，單獨在電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100上實施，所有的三維醫學資料集，包含皮膚醫學模型210、血管醫學模型220、神經醫學模型230、骨骼結構醫學模型240、三維腦血管醫學模型250、三維頭顱醫學模型260以及患部整合醫學模型270等，皆儲存在電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100上的非 揮發性記憶單元150當中，非揮發性記憶單元150較佳是固態硬碟(SSD)、硬碟(HDD)、隨身碟、或者行動硬碟；電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置100上的處理器單元120是存取非揮發性記憶單元150而取得三維醫學資料集，並載入三維手術路徑模擬器400。
第3圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所存取的三維腦血管醫學模型之示意圖；第4圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所存取的患部整合醫學模型之示意圖；在本實施例，係以開顱手術作為說明本案發明之實施，在本實施例，較佳地三維醫學資料集係包含例如但不限於：如第3圖所揭示的三維腦血管醫學模型250以及如第4圖所揭示的患部整合醫學模型270，患部整合醫學模型270是經由預先實施三維醫學模型對位合併演算法，合併三維腦血管醫學模型250以及三維頭顱醫學模型260所組成，較佳的三維醫學資料集還包含例如但不限於：腦溝醫學模型(或腦皺褶醫學模型)、腦神經醫學模型、腦皺褶醫學模型、整合腦部醫學模型、腦瘤醫學模型、腦血塊醫學模型或者腦水腫醫學模型等等。
舉例來說，三維腦血管醫學模型250較佳是提供有關患者腦部動脈與靜脈大血管分布資訊之三維數位醫學模型，三維頭顱醫學模型260較佳是提供有關患者頭部顱骨結構資訊之三維數位醫學模型，患部整合醫學模型270則是透過疊加三維腦血管醫學模型250與三維頭顱醫學模型260而建構的醫學模型，三維腦血管醫學模型250、三維頭顱醫學模型260以及患部整合醫學模型270係預先建構完成，並選擇性儲存於遠端的醫學資料集伺服器200上以供存取。
第5圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第一實施例所包含之圖形化使用者介面之示意圖；本發明三維手術路徑模擬器400包含提供給醫師(surgeon)進行觀看、操作與編輯的圖形化使用者介面410，圖形化使用者介面410配置有醫學模型可視區域元件500以及配置在緊鄰於醫學模型可視區域元件500的一組操作面板元件600。
屬於應用程式層的電腦程式產品或軟體平台包含本發明三維手術路徑模擬器，是由數個程式模組共同構成，包含但不限於：圖形化使用者介面410、醫學模型可視區域元件500、操作面板元件600以及三維醫學圖形處理引擎程式模組等軟體元件，三維手術路徑模擬器較佳是載入醫學資料集伺服器200上儲存的醫學資料集，透過一系列圖形化使用者介面，將患部醫學模型、血管醫學模型、或者神經醫學模型提供給醫師觀看、編輯、修改、並規劃安全的手術路徑。
操作面板元件是附加在三維手術路徑模擬器使用者介面中，較佳是配置在三維手術路徑模擬器的左側或右側，操作面板元件上包含多種功能按鍵，提供使用者對三維手術路徑模擬器下達操作指令以操作三維手術路徑模擬器，以便對患部醫學模型、血管醫學模型、或者神經醫學模型進行放大、縮小、平移、旋轉、調整視角、改變透明度、編輯、修改、關閉圖層或開啟圖層等操作，而三維醫學圖形處理引擎程式模組負責處理三維手術路徑模擬器所載入的患部醫學模型、血管醫學模型、或者神經醫學模型所需要的圖形運算程序。
在本實施例，是將患部整合醫學模型270載入醫學模型可視 區域元件500中展示，並以視覺化三維醫學模型呈現給醫師觀看，患部整合醫學模型270已經包含患部醫學模型以及患部動脈醫學模型，醫師可以透過輸入操作指令而在醫學模型可視區域元件500加入代表手術器械的虛擬三維物件，然後根據三維醫學模型的展示而在醫學模型可視區域元件中移動或旋轉虛擬三維物件，過程中只需從視覺上觀看並調整虛擬三維物件與三維醫學模型之間的方向與位置關係，並直觀地判斷虛擬三維物件是否會碰觸到三維醫學模型，從而找出一條或多條可行的手術路徑。
醫師先將患部醫學模型、血管醫學模型或者神經醫學模型載入到醫學模型可視區域元件500，醫學模型可視區域元件500在四個邊緣處，皆標示有上方指示符501、下方指示符503、左方指示符505與右方指示符507等方位指示符，本發明三維手術路徑模擬器(電腦程式產品)提供醫師透過滑鼠或鍵盤或觸控螢幕等輸入單元輸入操作指令，當醫學模型載入到醫學模型可視區域元件500後，醫師可透過滑鼠或鍵盤輸入或觸控螢幕操作指令而控制醫學模型的顯示狀態，包含例如但不限於：長按滑鼠左鍵可拖曳醫學模型朝特定方向或角度旋轉，長按滑鼠右鍵可拖曳醫學模型朝特定方向平移，按住鍵盤ctrl按鍵並同時向上旋轉滑鼠滾輪可以放大醫學模型，按住鍵盤ctrl按鍵並同時向下旋轉滑鼠滾輪可以縮小醫學模型等等，如第5圖所揭示。
第6圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器所包含之操作面板元件之示意圖；本發明三維手術路徑模擬器進一步提供醫師透過操作面板元件600輸入操作指令，操作面板元件600上包含代表操作指令的一列控制 按鍵或欄位，有關下達醫學模型操作指令之按鍵與欄位包含例如但不限於：自訂醫學模型透明度之透明度設定欄位601、設定醫學模型以Phong陰影方式顯示之陰影按鍵603、接受手術路徑移動設定之接受按鍵605、選擇醫學模型著色顏色之顏色按鍵607。
有關下達手術路徑規劃操作指令之按鍵與欄位包含例如但不限於：下達啟動手術路徑規劃並在醫學模型可視區域元件500中加入虛擬三維物件之開始規劃按鍵609、向上移動虛擬三維物件之上移按鍵611、向下移動虛擬三維物件之下移按鍵613、向左移動虛擬三維物件之左移按鍵615、向右移動虛擬三維物件之右移按鍵617、定點放大之放大按鍵619、定點縮小之縮小按鍵621、接受物件設定之OK按鍵623、自訂虛擬三維物件透明度之物件透明度設定欄位625、自訂虛擬三維物件管徑之物件管徑設定欄位627、接受物件設定之接受規劃按鍵629、以及重設物件條件之重設按鍵631等，如第6圖所揭示。
第7圖到第12圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第一實施例應用於腦血管瘤手術之術前手術路徑規劃實際操作過程之示意圖；在本實施例，本發明三維手術路徑模擬器400的圖形化使用者介面410包含單一組醫學模型可視區域元件500(或三維醫學模型顯示視窗)，並以腦血管瘤(腦動脈瘤，Aneurysm)手術為例說明本發明三維手術路徑模擬器之實施過程，但本發明之實施不限於腦血管瘤手術，本發明可應用於有預先進行手術路徑規劃之必要的各式手術；當醫師要進行腦血管瘤手術時，在手術實際進行之前，可預先透過使用本發明三維手術路徑模擬器，進行相關的手術路 徑規劃。
在本實施例，醫師先將病患的三維腦血管醫學模型250、三維頭顱醫學模型260以及三維腦部病灶醫學模型，預先經由實施三維醫學模型對位合併演算法而疊加並整合在一起成為一個整合腦部醫學模型280的整合醫學模型，並將此整合腦部醫學模型280載入本發明三維手術路徑模擬器圖形化使用者介面410的醫學模型可視區域元件500中，在醫學模型可視區域元件500中所展示的病患整合腦部醫學模型280中，已明確指示出病灶，也就是腦血管瘤285的正確位置，如第7圖所揭示。
醫師可以透過滑鼠或鍵盤、或者經由操作面板元件600上的按鍵、或者直接在醫學模型可視區域元件500中以滑鼠拖曳操作，對三維手術路徑模擬器輸入操作指令，以便從各個方向與角度旋轉病患的整合腦部醫學模型280，以便從不同角度或方位，查看病灶附近周圍的血管、神經叢、組織或器官在空間中的實際分布狀況，例如但不限於：從正前方觀看病灶與病灶周圍、從左前方觀看病灶與病灶周圍、或是從右前方觀看病灶與病灶周圍，並調整透明度與陰影，以詳細察看病灶與病灶周圍的狀況。
當醫師在察看病灶與病灶周圍狀況的過程中，一旦發現從某個角度上查看病灶，在病灶與醫師視覺視線之間存在相對較少、較疏鬆的血管、神經叢、內部組織或器官的分布等，確認是一條可行的手術路徑之後，舉例來說，醫師先直接在醫學模型可視區域元件500中，按下鍵盤ctrl鍵加滑鼠滾輪，將整合腦部醫學模型280大致以腦血管瘤285為中心點放大，如第8圖所揭示。
接著透過操作操作面板元件600上的開始規劃按鍵609、或者直接在醫學模型可視區域元件500中以滑鼠左鍵點選病灶，也就是腦血管瘤285，系統將在醫學模型可視區域元件500中，在病患的整合腦部醫學模型280中，以腦血管瘤285所在處設為目標點，在病灶與醫師視線之間，加入一個代表手術路徑的管狀虛擬三維物件290，系統預設虛擬三維物件290是平行於醫師視線，因此，虛擬三維物件290剛置入整合腦部醫學模型280中時看起來像一個圓環，如第9圖所示。
在本實施例，系統對於虛擬三維物件290的直徑預設為1cm，屬於稍微大一點的直徑，這時虛擬三維物件290的管徑看起來就像將腦血管瘤285圍起來，如第9圖所揭示，但醫師可以根據自己對手術的規劃，可在物件管徑設定欄位627中輸入適合的管徑，以改變虛擬三維物件290的直徑。
醫師可以透過使用操作面板元件600往上旋轉按鍵611、往下旋轉按鍵613、往左旋轉按鍵615或是往右旋轉按鍵617等，即可以腦血管瘤285為旋轉中心來微調虛擬三維物件290的方向，舉例來說，醫師按下右移按鍵617來將虛擬三維物件290的位置稍微向右方旋轉，或者醫師按下下移按鍵613來將虛擬三維物件290的位置稍微向下方旋轉。
在任何時間，在操作過程中，當三維手術路徑模擬器包含的三維醫學圖形處理引擎程式模組，經過空間幾何運算後發現虛擬三維物件290的管徑與整合腦部醫學模型280之間的組織、血管、神經叢等發生任何相交狀況時，意味如果循此手術路徑進行手術時，手術器械很可能碰觸或 傷到血管或神經叢，這時三維手術路徑模擬器會將虛擬三維物件290與醫學模型相交的區域，呈現在虛擬三維物件的管徑內或立即以反白、特殊顏色、或閃爍等方式顯示出異常區塊(anomalistic block)291，即時給予醫師回饋，醫師可憑專業評估這條手術路徑是否可行，或是透過操作操作面板元件600上按鍵重新調整虛擬三維物件290的方向、位置、或管徑等等，或是按下重設按鍵631另外展開新一輪的手術路徑規劃。
當醫師初步找出手術路徑後，表示虛擬三維物件290的位置、方位、管徑等條件皆已初步設定完成，這時，醫師可繼續利用滑鼠或鍵盤等，向三維手術路徑模擬器醫學模型可視區域元件500發出操作指令，先縮小(zoom out)整合腦部醫學模型280連同虛擬三維物件290，如第11圖所示，但此時虛擬三維物件290仍平行醫師視線，虛擬三維物件290看起來仍呈現圓環狀；然後醫師拖曳滑鼠旋轉整合腦部醫學模型280連同虛擬三維物件290，以便從不同方位觀察虛擬三維物件290，即所規劃的手術路徑，例如但不限於：選擇從頭顱前方(依耳朵的方向)的方向，查看所初步規劃的手術路徑，這時醫師可以清楚地以立體視角看到手術路徑通過腦組織、血管、神經叢的狀況，如第12圖所示。
當醫師確認完成手術路徑之規劃，按下三維手術路徑模擬器操作面板元件600上接受規劃按鍵629，系統會將所規劃的手術路徑與相關資料，儲存到遠端的醫學資料集伺服器、或是本地端裝置上的非揮發性記憶單元中。
第13圖到第16圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第二實 施例應用於腦血管瘤手術之術前手術路徑規劃實際操作過程之示意圖；第二實施例係以第一實施例為基礎並包含第一實施例，在本實施例，本發明三維手術路徑模擬器400的圖形化使用者介面410包含四組三維醫學模型顯示視窗511、512、513與514(或四組醫學模型可視區域元件)，並以腦血管瘤手術為例說明本發明三維手術路徑模擬器之實施過程。
在本實施例，三維醫學模型顯示視窗511較佳為主操作視窗，三維醫學模型顯示視窗511的邊緣配置有滑動鍵516，整合腦部醫學模型280係載入三維醫學模型顯示視窗511而提供給醫師操作，三維醫學模型顯示視窗512、513與514較佳為輔助視窗，並分別用於在冠狀切面(coronal)、矢狀切面(sagittal)以及軸向切面(axial)上顯示與整合腦部醫學模型280對應的，例如但不限於：X光剖面影像，提供醫師在手術路徑規劃過程中交互對照，確認手術路徑的安全性與可行性等。
第13圖係揭示腦血管瘤285在整合腦部醫學模型280中的位置，這時系統將在三維醫學模型顯示視窗512、513與514中，以例如但不限於黑點對應標示出腦血管瘤285的位置；第14圖係揭示虛擬三維物件290剛置入整合腦部醫學模型280中的狀況，這時在三維醫學模型顯示視窗512、513與514將對應顯示出管狀的虛擬三維物件290；第15圖與第16係揭示醫師已初步找出手術路徑，從不同視角旋轉查看整合腦部醫學模型280連同虛擬三維物件290、以及所規劃出來的手術路徑。
第17圖係揭示本發明三維手術路徑模擬器第三實施例之示意圖；第三實施例係以第一與第二實施例為基礎並包含第一與第二實施 例，在本實施例，本發明三維手術路徑模擬器400中的主操作視窗即三維醫學模型顯示視窗511，如前所述一樣是提供給醫師進行手術路徑規劃，三組輔助視窗將分別提供不同功能，三維醫學模型顯示視窗512中顯示的三維頭顱全數位模型262以及虛擬三維物件292，是三維醫學模型顯示視窗511顯示的整合腦部醫學模型280以及虛擬三維物件290的對應簡化模型，將因應醫師在三維醫學模型顯示視窗511中對整合腦部醫學模型280以及虛擬三維物件290的各式操作，而產生完全對應的作動，以提供醫師在手術路徑規劃過程中交互對照，確認手術路徑的安全性與可行性等。
三維醫學模型顯示視窗513中顯示的三維腦神經醫學模型264以及虛擬三維物件292，將因應醫師在三維醫學模型顯示視窗511中對整合腦部醫學模型280以及虛擬三維物件290的各式操作，而產生完全對應的作動，三維醫學模型顯示視窗513中顯示的三維腦溝(腦皺褶)醫學模型266以及虛擬三維物件292，將因應醫師在三維醫學模型顯示視窗511中對整合腦部醫學模型280以及虛擬三維物件290的各式操作，而產生部分對應的作動。
在第四實施例，外科醫師將先在伺服器端完成腦血管、腦神經、腦溝(腦表面皺褶)等3D模型註冊，以完成各自或整合與頭顱模型之對位，註冊完成後，外科醫師操作手術路徑規劃電腦處理裝置，將這些3D模型載入並顯示在三維手術路徑模擬器之中；在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中，使用者先選好手術路徑之目標點與進入點，然後三維手術路徑模擬器根據兩點之連線，據以產生代表手術路徑與其特徵之虛擬三 維物件，同步在各視窗上顯示路徑的大小與方位，外科醫師可在四個3D視窗的任一單一視窗調整該虛擬三維物件與3D模型間之相對位置以模擬該手術路徑，其餘三個3D視窗的路徑也會同步調整顯示，提供醫師在手術路徑規劃過程中交互對照，確認手術路徑的安全性與可行性等，直到達到外科醫師所希望的路徑為止。
在第五實施例，每個視窗可顯示三維的腦血管、腦皺褶(腦溝)、腦神經、與病灶例如但不限於腦動脈瘤、腦垂體瘤、腦神經纖維瘤、血塊、腦水腫等單一影像模型、或多個影像模型，經對位後融合在視窗中顯示，作為手術路徑規劃用，每一視窗可個別旋轉、平移、放大、縮小所屬的影像模型，並整合顯示醫師所規劃的管狀手術路徑。
手術路徑較佳可使用以下方式規劃：醫師於三維視窗顯示的病灶所在處點選手術路徑的目標點，手術路徑模擬器即依據該目標點及使用者朝向目標點的視線產生代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件，圓柱狀的虛擬三維物件直徑可依據手術時使用的手術器械決定大小尺寸，並同步在各三維視窗上顯示該方位的該虛擬三維物件，使用者可在任一3D視窗單獨調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學影像資料集間之相對位置與方向以模擬該手術路徑，其餘多個3D視窗的該虛擬三維物件也會同步調整並顯示。
手術路徑較佳可使用以下方式調整：調整該代表手術路徑的該虛擬三維物件方向是設定以繞選定的目標點旋轉，選轉方向包括向上、向下、向左、或向右，該虛擬三維物件也可往前(朝向目標點)或往後(遠題 目標點)做調整，以同步避開腦血管、腦神經等三維組織影像模型，並以朝向腦溝(腦皺褶)為最佳手術路徑，系統也可配合使用AR眼鏡在真實3D環境下進行上述的路徑規劃。
第18圖揭示本發明電腦輔助手術路徑規劃方法之實施步驟流程圖；小結而言，本發明電腦輔助手術路徑規劃方法700，較佳包含下列步驟：存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集(步驟701)；將該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集載入並顯示在三維手術路徑模擬器之圖形化使用者介面之醫學模型可視區域元件之中(步驟702)；在該三維手術路徑模擬器之該圖形化使用者介面中提供操作面板元件，該操作面板元件經配置在該圖形化使用者介面中提供複數操作按鍵(步驟703)；在該三維手術路徑模擬器中配置三維醫學圖形處理引擎程式模組以處理該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集所需之圖形運算(步驟704)；提供醫師經由操作該等操作按鍵以在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件(步驟705)；提供該醫師經由操作該等操作按鍵透過該三維手術路徑模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三為物件進行第一操作(步驟706)；以及提供該醫師經由操作輸入單元而透過該三維手術路徑模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三為物件進行第二操作(步驟707)。
第19圖係揭示本發明所規劃之手術路徑在擴增實境手術導航系統中之應用示意圖以及醫師透過擴增實境設備所看到與實境重疊之透過本發明所規劃之手術路徑之場景示意圖；第20圖係揭示醫師透過擴增實 境設備所看到與實境重疊之透過本發明所規劃之手術路徑之場景示意圖；經由本發明所規劃之手術路徑，可進一步提供給擴增實境(AR)手術導航系統作為手術導航路徑，如第20圖所揭示，外科醫師810穿戴有一組擴增實境(AR)眼鏡820，準備以手術器械830為在病人之頭部840處進行腦血管瘤手術。
外科醫師810透過AR眼鏡820看到的包含實境以及與實境重疊的擴增實境之場景如第19圖與第20圖所揭示，AR眼鏡820將患部的三維數位醫學模型，較佳是一組患部整合醫學模型270，AR眼鏡820透過感應定位標記850之定位，正確感應病人之頭部840之位置，而將患部整合醫學模型270正確投影在病人之頭部840上，AR手術導航系統透過追蹤設置在手術器械830上的位置標記860，正確感應手術器械之位置；有關擴增實境手術導航系統的詳細技術內容，包含定位標記與位置標記與系統間之配合等，請參閱本案申請人在中華民國發明專利申請第108131367號「與手術導航系統整合之混合實境系統」、以及中華民國發明專利申請第108131391號「應用於與手術導航整合之混合實境系統之數位影像實境對位套件與方法」，其內容併入本案有如在此提出。
手術進行過程中，AR眼鏡820將預先規劃好、可代表手術路徑的、較佳以藍色顯示的虛擬三維物件290經過系統的定位與對準後，持續的投影在病人頭部840上，以作為手術導航路徑，並與患部整合醫學模型270正確對應，外科醫師810操作手術器械830執行手術，當手術器械830進入病人顱內之後，AR眼鏡820將代表手術器械830的、較佳以綠色顯示的虛擬手 術器械物件295投影在病人之頭部840上，並與患部整合醫學模型270正確對應，這時外科醫師810透過AR眼鏡820就可清楚看到虛擬手術器械物件295是否偏離作為手術導航路徑的虛擬三維物件290，當虛擬手術器械物件295與虛擬三維物件290之間的偏移距離超過預設門檻值時，作為手術導航路徑的虛擬三維物件290會改以紅色顯示，AR眼鏡820也同步發出警示音，以供外科醫師810即時修正手術器械830的路徑。
本揭露提出的立體三維視覺透視手術路徑規劃平台，是由病患的頭部醫學影像，例如但不限於：CT、CTA、MR、MRA、FA、DTI或者DWI等，建構出3D的頭顱包含皮膚與顱骨、腦溝、病灶，涵蓋各種腦瘤、腦血塊、腦水腫等、腦血管、腦神經等模型，所獲得的3D立體數位模型並非影像模型，可以清楚指示出顱內的腦溝、血管、神經疾病造等的空間分布、並可精確標示出病灶位置，醫師可透過GUI控制面板上的操作按鍵操作3D數位模型，在很輕鬆、直觀、直覺的情況下，輕易地規劃出最佳與最安全的手術路徑，也可進一步擴增與AR、VR、3D顯示技術協作，進一步得到更真實的3D手術路徑規劃。
本發明具有以下特點：(1)大量減低術中拍攝X光影像數量；(2)大量降低病患的輻射曝露；(3)提升手術成功率並將低手術風險；(4)真正安全與準確的手術路徑規劃與模擬；(5)提供病患易懂的症狀說明，促進醫病溝通；(6)可以看到患部所有重要組織包含動脈靜脈、神經叢與組織；(7)可以直接與擴增實境手術導航系統合併使用；(8)很容易與虛擬實境相關的醫學技術結合使用；(9)醫師一眼就可以判斷手術路徑是否基本可行與安 全；以及(10)三維環境下的直覺操作。
本發明以上各實施例彼此之間可以任意組合或者替換，從而衍生更多之實施態樣，但皆不脫本發明所欲保護之範圍，茲進一步提供更多本發明實施例如次：
實施例1：一種電腦實施方法，用於手術路徑之電腦輔助規劃，該方法包含：存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；將該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集載入並顯示在三維手術路徑模擬器之中；在該三維手術路徑模擬器中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；以及透過操作該三維手術路徑模擬器而調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對方向與位置以模擬該手術路徑。
實施例2：如實施例1所述之電腦實施方法，還包含以下其中之一：在該三維手術路徑模擬器之圖形化使用者介面中配置至少一操作面板元件，該至少一操作面板元件經配置在該圖形化使用者介面中提供複數操作按鍵；在該三維手術路徑模擬器之該圖形化使用者介面中配置至少一醫學模型可視區域元件以供顯示該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；在該三維手術路徑模擬器中配置三維醫學圖形處理引擎程式模組以處理該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集所需之圖形運算；經由操作該等操作按鍵以在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；經由操作該等操作按鍵透過該三維手術路徑模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三維物件 進行第一操作；以及經由操作輸入單元透過該三維手術路徑模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三維物件進行第二操作。
實施例3：如實施例2所述之電腦實施方法，其中該第一操作包含透明度設定操作、陰影設定操作、著色設定操作、向上移動操作、向下移動操作、向前操作、向後操作、向左移動操作、向右移動操作、放大操作、縮小操作、加入物件操作、設定物件透明度設定操作、物件尺寸設定操作、重設操作以及其組合其中之一，該第二操作包含放大操作、縮小操作、平移操作、旋轉操作、視角調整操作、編輯操作、修改操作、關閉圖層操作、開啟圖層操作以及其組合其中之一。
實施例4：如實施例1所述之電腦實施方法，還包含以下其中之一：預先實施三維醫學圖形建模演算法，以將複數基礎醫學影像建構為一個或多個三維數位醫學模型，以形成該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；預先實施三維醫學模型對位合併演算法，以將多個三維數位醫學模型經過空間對準後合併為整合醫學模型；以及將該三維數位醫學模型與該患部整合醫學模型儲存於非揮發性記憶單元或醫學資料集伺服器中。
實施例5：如實施例4所述之電腦實施方法，其中該三維醫學圖形建模演算法包含去雜訊處理、影像前處理、解剖學特徵辨識處理、解剖學特徵強化處理、三維醫學影像對準處理、三維醫學影像拼貼處理、三維醫學影像內插處理、三維醫學影像外插處理以及其組合其中之一，該等基礎醫學影像係選自X光影像、電腦斷層影像、電腦斷層血管造影影像、數位減影血管造影影像、最大密度投影影像、核磁共振影像、核磁共振血管 影像以及其組合其中之一。
實施例6：如實施例4所述之電腦實施方法，其中該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集包含該三維數位醫學模型，該三維數位醫學模型係為有關於患部之該整合醫學模型、患部組織醫學模型、腦組織醫學模型、腦血管醫學模型、腦皺褶醫學模型、腦溝醫學模型、腦神經醫學模型、腦動脈瘤醫學模型、腦垂體瘤醫學模型、腦神經纖維瘤醫學模型、血塊醫學模型、腦水腫醫學模型、患部醫學模型、血管醫學模型、神經醫學模型以及骨骼結構醫學模型其中之一。
實施例7：一種電腦程式產品，其經由電腦載入而執行，使該電腦執行電腦實施方法以用於手術路徑之電腦輔助規劃，該電腦實施方法包含：因應使用者之操作而存取電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；載入並顯示該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之虛擬三維物件；以及調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對方向與位置以模擬該手術路徑。
實施例8：一種電腦處理裝置，用於手術路徑之電腦輔助規劃，並包含：處理器單元，其載入並執行三維手術路徑模擬器，該三維手術路徑模擬器可存取並顯示電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；顯示器單元，其顯示該三維手術路徑模擬器與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；以及輸入單元，提供使用者經由該輸入單元，以經由操作該書入單元在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑 與其特徵之虛擬三維物件，並調整該虛擬三維物件與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集間之相對位置以模擬該手術路徑。
實施例9：如實施例8所述之電腦處理裝置，還包含以下其中之一：非揮發性記憶單元，其儲存該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集，以提供該三維手術路徑模擬器存取；醫學資料集伺服器，其與該處理器單元分離配置並相互通訊連結，且儲存該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集，以提供該三維手術路徑模擬器存取；以及網路通訊模組，其供建立與該醫學資料集伺服器間之通訊連結。
實施例10：如實施例8所述之電腦處理裝置，其中該輸入單元係為滑鼠以及鍵盤其中之一。
本發明各實施例彼此之間可以任意組合或者替換，從而衍生更多之實施態樣，但皆不脫本發明所欲保護之範圍，本發明保護範圍之界定，悉以本發明申請專利範圍所記載者為準。
10:本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理系統
100:本發明電腦輔助手術路徑規劃電腦處理裝置
110:網路通訊模組
120:處理器單元
130:輸入單元
140:顯示器單元
150:非揮發性記憶單元
200:醫學資料集伺服器
210:皮膚醫學模型
220:血管醫學模型
230:神經醫學模型
240:骨骼結構醫學模型
300:網際網路
400:本發明三維手術路徑模擬器

Claims (10)

  1. 一種電腦實施方法，用於在一手術執行前對該手術過程之一手術路徑進行電腦輔助規劃，該方法包含：在一三維手術路徑虛擬模擬器之中載入並顯示包含至少一三維數位醫學模型以及一病灶的一電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；提供一使用者經由操作該三維手術路徑虛擬模擬器選擇該病灶作為一目標點，並以該目標點為起點朝該使用者之視線方向產生代表該手術路徑與其特徵之一虛擬三維物件；以及透過操作該三維手術路徑虛擬模擬器而調整該虛擬三維物件相對於該至少一三維數位醫學模型的相對方向與位置以及至少一幾何參數，以獲得一條安全的該手術路徑。
  2. 如請求項1所述之電腦實施方法，還包含以下其中之一：存取該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；在該三維手術路徑虛擬模擬器之一圖形化使用者介面中配置至少一操作面板元件，該至少一操作面板元件經配置在該圖形化使用者介面中提供複數操作按鍵；在該三維手術路徑虛擬模擬器之該圖形化使用者介面中配置至少一醫學模型可視區域元件以供顯示該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；在該三維手術路徑虛擬模擬器中配置一三維醫學圖形處理引擎程式模組以處理該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集所需之圖形運算；經由操作該等操作按鍵以在該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集中加入代表該手術路徑與其特徵之一虛擬三維物件； 經由操作該等操作按鍵透過該三維手術路徑虛擬模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三維物件進行一第一操作；以及經由操作一輸入單元透過該三維手術路徑虛擬模擬器對該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集與該虛擬三維物件進行一第二操作。
  3. 如請求項2所述之電腦實施方法，其中該第一操作包含一透明度設定操作、一陰影設定操作、一著色設定操作、一向上移動操作、一向下移動操作、一向前操作、一向後操作、一向左移動操作、一向右移動操作、一向上旋轉操作、一向下旋轉操作、一向左旋轉操作、一向右旋轉操作、一放大操作、一縮小操作、一加入物件操作、一設定物件透明度設定操作、一物件尺寸設定操作、一重設操作以及其組合其中之一，該第二操作包含一放大操作、一縮小操作、一平移操作、一旋轉操作、一視角調整操作、一編輯操作、一修改操作、一關閉圖層操作、一開啟圖層操作以及其組合其中之一。
  4. 如請求項1所述之電腦實施方法，還包含以下其中之一：預先實施一三維醫學圖形建模演算法，以將複數基礎醫學影像建構為一個或多個三維數位醫學模型，以形成該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；預先實施一三維醫學模型對位合併演算法，以將多個三維數位醫學模型經過空間對準後合併為一整合醫學模型；以及將該三維數位醫學模型與該患部整合醫學模型儲存於一非揮發性記憶單元或一醫學資料集伺服器中。
  5. 如請求項4所述之電腦實施方法，其中該三維醫學圖形建模演算法包含一去雜訊處理、一影像前處理、一解剖學特徵辨識處理、一解剖學特徵強化處理、一三維醫學影像對準處理、一三維醫學影像重建處理、一三維醫學影像拼貼處理、一三維醫學影像內插處理、一三維醫學影像外插處理以及其組合其中之一，該等基礎醫學影像係選自一X光影像、一電腦斷層影像、一電腦斷層血管造影影像、一數位減影血管造影影像、一最大密度投影影像、一核磁共振影像、一核磁共振血管影像以及其組合其中之一。
  6. 如請求項1所述之電腦實施方法，其中該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集包含該至少一三維數位醫學模型，該至少一三維數位醫學模型係為有關於一患部之該整合醫學模型、一患部組織醫學模型、一腦組織醫學模型、一腦血管醫學模型、一腦皺褶醫學模型、一腦溝醫學模型、一腦神經醫學模型、一腦動脈瘤醫學模型、一腦垂體瘤醫學模型、一腦神經纖維瘤醫學模型、一血塊醫學模型、一腦水腫醫學模型、一患部醫學模型、一血管醫學模型、一神經醫學模型以及一骨骼結構醫學模型其中之一，該至少一幾何參數係選自一長度、一形狀、一直徑、一半徑、一管徑及其組合其中之一。
  7. 一種電腦程式產品，其經由一電腦載入而執行，使該電腦執行一電腦實施方法，以用於在一手術執行前對該手術過程之一手術路徑進行電腦輔助規劃，該電腦實施方法係包含：因應一使用者之操作，在一三維手術路徑虛擬模擬器之中載入並顯示包含至少一三維數位醫學模型以及一病灶的一電腦可讀取三維視覺化醫學 展示資料集；提供該使用者經由操作該三維手術路徑虛擬模擬器選擇該病灶作為一目標點，並以該目標點為起點朝該使用者之視線方向產生代表該手術路徑與其特徵之一虛擬三維物件；以及透過操作該三維手術路徑虛擬模擬器而調整該虛擬三維物件相對於該至少一三維數位醫學模型的相對方向與位置以及至少一幾何參數，以獲得一條安全的該手術路徑。
  8. 一種電腦處理裝置，用於在一手術執行前對該手術過程之一手術路徑之電腦輔助規劃，並包含：一處理器單元，其因應一使用者之操作載入並執行一三維手術路徑虛擬模擬器，該三維手術路徑虛擬模擬器可存取並顯示包含至少一三維數位醫學模型以及一病灶的一電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；一顯示器單元，其顯示該三維手術路徑虛擬模擬器與該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集；以及一輸入單元，提供一使用者經由該輸入單元，以提供該使用者經由操作該三維手術路徑虛擬模擬器選擇該病灶作為一目標點，並以該目標點為起點朝該使用者之視線方向產生代表該手術路徑與其特徵之一虛擬三維物件，並透過操作該三維手術路徑虛擬模擬器而調整該虛擬三維物件相對於該至少一三維數位醫學模型的相對方向與位置以及至少一幾何參數，以獲得一條安全的該手術路徑。
  9. 如請求項8所述之電腦處理裝置，還包含以下其中之一：一非揮發性記憶單元，其儲存該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料 集，以提供該三維手術路徑虛擬模擬器存取；一醫學資料集伺服器，其與該處理器單元分離配置並相互通訊連結，且儲存該電腦可讀取三維視覺化醫學展示資料集，以提供該三維手術路徑虛擬模擬器存取；以及一網路通訊模組，其供建立與該醫學資料集伺服器間之通訊連結。
  10. 如請求項8所述之電腦處理裝置，其中該輸入單元係為一滑鼠以及一鍵盤其中之一。
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