一种基于3D重建的乳房切除手术切口投影仪的制作方法

一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪
技术领域
1.本发明涉及医疗成像技术领域，具体为一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪。


背景技术：

2.乳房切除手术切口为两侧尖锐的树叶形，切口大小外形规划完全依耐主刀医生的经验，切口过大，切除皮肤较多，手术结束缝合时，皮肤张力较大，甚至难以缝合，严重影响切口愈合；切口过小，手术时暴露乳腺难度增大，手术难度增加，手术时间延长，缝合后胸前皮肤松弛，与创面接触不够紧密，对切口愈合也不利。临床医生多选择较小切口，确保术后能闭合切口，然后使用较多的棉片垫衬在腋下及胸前，再使用弹性敷带绑扎，保证皮肤与创面的紧密接触。但敷带弹性绑扎在胸腔对患者呼吸不利，同时，患者也极为不适，绑扎过紧甚至减少创面及皮肤血运，造成皮肤坏死。因此，设计可根据乳房外形模拟出最佳切口的一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪是很有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪，包括乳房切除手术切口投影系统，其特征在于：所述乳房切除手术切口投影系统包括乳房成像模块、切口计算模块和投影单元，所述乳房成像模块与切口计算模块电连接，所述切口计算模块与投影单元电连接，所述乳房成像模块用于对乳壁及乳腺进行3d建模成像，所述切口计算模块用于计算手术所需切除皮肤的最佳大小位置形状信息，所述投影单元用于将切口计算模块设计的切口外形投影在皮肤，根据影像画出切口外形。
5.根据上述技术方案，所述乳房成像模块包括ct影像照射单元、3d重建模块、特征提取模块、3d标定模块和乳房外形判断模块，所述ct影像照射单元与3d重建模块、特征提取模块、3d标定模块以及乳房外形判断模块电连接，所述ct影响照射单元用于拍摄扫描患者乳房区域生成ct影像资料，所述3d重建模块用于根据ct影像资料对胸壁及乳腺3d重建，测量出乳腺体积大小，乳房皮肤面积，乳房平面投影面积和乳房体积的信息，所述特征提取模块用于根据ct影响资料提取病变处以及乳头位置，所述3d标定模块用于标记记录病变处和乳头的位置，所述乳房外形判断模块用于判断乳房外形，将乳房区分为半球状、上翘状和下翘状。
6.根据上述技术方案，所述乳房成像模块的工作方法为：
7.a.开启ct影像照射单元，对患者乳房进行ct扫描，得出患者乳房ct影像资料；
8.b.根据得到的ct影像资料对胸壁及乳腺3d重建，通过3d重建结果得到患者乳房信息；
9.c.提取乳头和病变处特征，并对其进行3d标定；
10.d.根据3d乳房信息判断归类乳房形状。
11.根据上述技术方案，所述切口计算模块包括切除皮肤面积计算模块、切口位置调整模块、切口外形计算模块以及实际偏差预留模块，所述切除面积计算模块与切口位置调整模块、切口外形计算模块以及实际偏差预留模块电连接，所述切除皮肤面积计算模块用于精确计算出最佳切除皮肤面积大小，避免切口过大，切除皮肤较多，手术结束缝合时，皮肤张力较大，甚至难以缝合，严重影响切口愈合，或者切口过小，手术时暴露乳腺难度增大，手术难度增加，手术时间延长，缝合后胸前皮肤松弛，与创面接触不够紧密，对切口愈合也不利，所述切口位置调整模块用于根据病变位置具体调整切口角度位置，所述切口外形计算模块用于根据乳房外形、乳房大小调整计算切口长度、宽度和弧形曲度，所述实际偏差预留模块用于根据开口大小外形评估在实际手术过程中，因牵拉切口边缘暴露乳腺组织导致切口边缘坏死的皮肤面积。
12.根据上述技术方案，所述切除皮肤面积计算模块与3d重建模块电连接，所述切除皮肤面积计算模块包括乳腺体积导入子模块、乳房皮肤表面积导入子模块、乳房体积导入子模块和乳房平面投影子模块，所述乳腺体积导入子模块用于导入乳腺测量出的体积值v
腺
，所述乳房皮肤表面积导入子模块用于导入切除前乳房外壁表面积值s
表
，所述乳房体积导入子模块用于导入乳房切除前的总体积值v
房
，所述乳房平面投影子模块用于导入乳房占胸前底面积值s
平
，所述切除皮肤面积计算模块的计算公式为：
[0013][0014]
其中s
切
为计算出切除皮肤的面积值。
[0015]
根据上述技术方案，所述切口位置调整模块和切口外形计算模块的工作方法为：
[0016]
s1.从乳房外上象限(靠近腋窝一侧)开始，往乳房内下象限方向约45度方向设计切口；
[0017]
s2.将切口设为树叶状，树叶内皮肤为被切除部分，树叶状面积始终等于切除皮肤面积计算模块求得的面积值s
切
；
[0018]
s3.导入3d标定模块标定的乳头以及病变处位置，以乳头和病变处连一线段；
[0019]
s4.根据线段位置对树叶状切口位置进行微调，使得线段完全处于树叶状切口内，即乳头和病变处均需要切除，因乳头为乳腺中枢，必定病变，必须切除；
[0020]
s5.再次锁定病变位置，当病变位置偏斜上方时，切口长轴可以逆时针旋转一定角度，反之偏斜下方时，切口顺时针旋转一定角度，可调整角度为两个方向各45度，最终控制切口长轴与线段夹角越小越好，避免病变处和乳头在树叶状切口两侧导致病变处无法彻底清除；
[0021]
s6.当病变位置一侧的切口弧线离乳头较远时，乳头一侧的切口弧线需要尽量靠近乳头，同时两条弧线的长度需要一致，方便缝合。
[0022]
根据上述技术方案，所述切口外形计算模块切口宽度计算公式为：
[0023]
m＝1.2i
·
sinθ
[0024]
其中m为切口宽度值，i为乳头和病变处连一线段长度值，θ为切口长轴与线段夹角值；
[0025]
所述切口外形计算模块切口长度计算公式为：
[0026][0027]
其中l为切口长度值；
[0028]
所述切口外形计算模块切口弧度计算公式为：
[0029][0030]
其中r为切口弧度。
[0031]
根据上述技术方案，所述实际偏差预留模块切口边缘坏死的皮肤预留面积计算公式为：
[0032][0033]
其中s
留
为切口边缘坏死的皮肤预留面积值，l和m分别为切口的长度和宽度，k为环形状的预留边缘宽度值，当乳房为半球状时，k＝1，当乳房形状呈上翘状时，根据上翘程度使其在1＜k＜1.2区间变化，当乳房形状呈下翘状时，根据下翘程度使其在0.8＜k＜1区间变化。
[0034]
根据上述技术方案，所述投影单元包括标定追踪单元、距离校正模块和映射标记模块，所述标定追踪单元用于追踪3d标定模块标记的位置方位信息，所述距离校正模块用于对投影距离进行校正调整，保证一对一还原式将设计切口外形投影在皮肤表面，所述映射标记模块用于对投影皮肤处进行锁定标记，避免手术过程中窜动造成移位。
[0035]
根据上述技术方案，所述投影单元工作方位为：
[0036]
u.接收切口计算模块计算切口信息；
[0037]
v.标定追踪单元追踪锁定3d标定模块位置，确定乳头和病变处相对方位后，调整投影角度；
[0038]
w.根据成像大小对投影距离进行校正；
[0039]
x.锁定投影切口，根据投影切口开始手术。
[0040]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有乳房成像模块、切口计算模块和投影单元，可以胸壁及乳腺3d重建，根据乳房大小、乳房形状以及病变位置计算出手术切除皮肤的最佳大小，再根据乳房外形，模拟出最佳切口外形，最后通过投影仪模块一比一还原，将设计切口外形投影在皮肤，根据投影仪画出切口外形手术，实现了精准把控的作用，预防对病人造成二次伤害的可能。
附图说明
[0041]
附图用来提供对本发明的进一步理解，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，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0042]
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
[0043]
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。
[0044]
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于3d重建的乳房切除手术切口投影仪，包括乳房切除手术切口投影系统，其特征在于：乳房切除手术切口投影系统包括乳房成像模块、切口计算模块和投影单元，乳房成像模块与切口计算模块电连接，切口计算模块与投影单元电连接，乳房成像模块用于对乳壁及乳腺进行3d建模成像，切口计算模块用于计算手术所需切除皮肤的最佳大小位置形状信息，投影单元用于将切口计算模块设计的切口外形投影在皮肤，根据影像画出切口外形；通过设置有乳房成像模块、切口计算模块和投影单元，可以胸壁及乳腺3d重建，根据乳房大小、乳房形状以及病变位置计算出手术切除皮肤的最佳大小，再根据乳房外形，模拟出最佳切口外形，最后通过投影仪模块一比一还原，将设计切口外形投影在皮肤，根据投影仪画出切口外形手术，实现了精准把控的作用，预防对病人造成二次伤害的可能。
[0045]
乳房成像模块包括ct影像照射单元、3d重建模块、特征提取模块、3d标定模块和乳房外形判断模块，ct影像照射单元与3d重建模块、特征提取模块、3d标定模块以及乳房外形判断模块电连接，ct影响照射单元用于拍摄扫描患者乳房区域生成ct影像资料，3d重建模块用于根据ct影像资料对胸壁及乳腺3d重建，测量出乳腺体积大小，乳房皮肤面积，乳房平面投影面积和乳房体积的信息，特征提取模块用于根据ct影响资料提取病变处以及乳头位置，3d标定模块用于标记记录病变处和乳头的位置，乳房外形判断模块用于判断乳房外形，将乳房区分为半球状、上翘状和下翘状；实现了对乳房特征提取的作用，还根据乳房外形自动分离，使得后期计算切除更为精确化，实际化。
[0046]
乳房成像模块的工作方法为：
[0047]
a.开启ct影像照射单元，对患者乳房进行ct扫描，得出患者乳房ct影像资料；
[0048]
b.根据得到的ct影像资料对胸壁及乳腺3d重建，通过3d重建结果得到患者乳房信息；
[0049]
c.提取乳头和病变处特征，并对其进行3d标定；
[0050]
d.根据3d乳房信息判断归类乳房形状。
[0051]
切口计算模块包括切除皮肤面积计算模块、切口位置调整模块、切口外形计算模块以及实际偏差预留模块，切除面积计算模块与切口位置调整模块、切口外形计算模块以及实际偏差预留模块电连接，切除皮肤面积计算模块用于精确计算出最佳切除皮肤面积大小，避免切口过大，切除皮肤较多，手术结束缝合时，皮肤张力较大，甚至难以缝合，严重影响切口愈合，或者切口过小，手术时暴露乳腺难度增大，手术难度增加，手术时间延长，缝合后胸前皮肤松弛，与创面接触不够紧密，对切口愈合也不利，切口位置调整模块用于根据病变位置具体调整切口角度位置，切口外形计算模块用于根据乳房外形、乳房大小调整计算切口长度、宽度和弧形曲度，实际偏差预留模块用于根据开口大小外形评估在实际手术过程中，因牵拉切口边缘暴露乳腺组织导致切口边缘坏死的皮肤面积；实现了切口两侧松紧适宜，能包裹创面，且张力不会太大，保证了两条弧线的长度需要一致，方便缝合。
[0052]
切除皮肤面积计算模块与3d重建模块电连接，切除皮肤面积计算模块包括乳腺体积导入子模块、乳房皮肤表面积导入子模块、乳房体积导入子模块和乳房平面投影子模块，乳腺体积导入子模块用于导入乳腺测量出的体积值v
腺
，乳房皮肤表面积导入子模块用于导入切除前乳房外壁表面积值s
表
，乳房体积导入子模块用于导入乳房切除前的总体积值v
房
，
乳房平面投影子模块用于导入乳房占胸前底面积值s
平
，切除皮肤面积计算模块的计算公式为：
[0053][0054]
其中s
切
为计算出切除皮肤的面积值。
[0055]
切口位置调整模块和切口外形计算模块的工作方法为：
[0056]
s1.从乳房外上象限(靠近腋窝一侧)开始，往乳房内下象限方向约45度方向设计切口；
[0057]
s2.将切口设为树叶状，树叶内皮肤为被切除部分，树叶状面积始终等于切除皮肤面积计算模块求得的面积值s
切
；
[0058]
s3.导入3d标定模块标定的乳头以及病变处位置，以乳头和病变处连一线段；
[0059]
s4.根据线段位置对树叶状切口位置进行微调，使得线段完全处于树叶状切口内，即乳头和病变处均需要切除，因乳头为乳腺中枢，必定病变，必须切除；
[0060]
s5.再次锁定病变位置，当病变位置偏斜上方时，切口长轴可以逆时针旋转一定角度，反之偏斜下方时，切口顺时针旋转一定角度，可调整角度为两个方向各45度，最终控制切口长轴与线段夹角越小越好，避免病变处和乳头在树叶状切口两侧导致病变处无法彻底清除；
[0061]
s6.当病变位置一侧的切口弧线离乳头较远时，乳头一侧的切口弧线需要尽量靠近乳头，同时两条弧线的长度需要一致，方便缝合。
[0062]
切口外形计算模块切口宽度计算公式为：
[0063]
m＝1.2i
·
sinθ
[0064]
其中m为切口宽度值，i为乳头和病变处连一线段长度值，θ为切口长轴与线段夹角值；
[0065]
切口外形计算模块切口长度计算公式为：
[0066][0067]
其中l为切口长度值；
[0068]
切口外形计算模块切口弧度计算公式为：
[0069][0070]
其中r为切口弧度。
[0071]
实际偏差预留模块切口边缘坏死的皮肤预留面积计算公式为：
[0072][0073]
其中s
留
为切口边缘坏死的皮肤预留面积值，l和m分别为切口的长度和宽度，k为环形状的预留边缘宽度值，当乳房为半球状时，k＝1，当乳房形状呈上翘状时，根据上翘程度使其在1＜k＜1.2区间变化，当乳房形状呈下翘状时，根据下翘程度使其在0.8＜k＜1区间变化。
[0074]
投影单元包括标定追踪单元、距离校正模块和映射标记模块，标定追踪单元用于追踪3d标定模块标记的位置方位信息，距离校正模块用于对投影距离进行校正调整，保证
一对一还原式将设计切口外形投影在皮肤表面，映射标记模块用于对投影皮肤处进行锁定标记，避免手术过程中窜动造成移位。
[0075]
投影单元工作方位为：
[0076]
u.接收切口计算模块计算切口信息；
[0077]
v.标定追踪单元追踪锁定3d标定模块位置，确定乳头和病变处相对方位后，调整投影角度；
[0078]
w.根据成像大小对投影距离进行校正；
[0079]
x.锁定投影切口，根据投影切口开始手术。
[0080]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。