一种外科手术虚拟图像演练方法、系统及存储介质

本发明涉及一种手术仿真，具体涉及一种外科手术虚拟图像演练方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、近年来医学治疗有了飞速的发展，经历了由显微到微创内科，由二维影像到三维成像，以及神经导航和术中监测广泛应用等不同阶段。有的手术难度系数非常高，要求医师十分精细熟练，对人体各部位构造有清晰的认识，更要有精准的操作技能。然而目前培训过程大多是依赖图谱、模型、动物、尸体、现场观摩，或者由高年资医师带教完成。这些培训方式都存在一定的缺陷，图谱缺乏立体感，模型缺乏真实感，而动物的解剖结构多有变异，而且尸体价格昂贵且缺乏可重复性，没有实际操作经验，增加感染发生率及患者风险等问题。人均学习资源的减少也是一个不可忽视的外部因素，手术技能培训的过程中，患者对医院、医生缺乏信任，不愿意让新人在自己身上练手。对于各科手术而言，由于多采用局部麻醉，且手术上台的人数有限，因而与大系统相比这一问题更加突出，其结果是住院手术机会越来越少。而且传统的手术方式很难在手术前观测手术中和手术后可能出现的风险和副作用现象，也无法提前观察手术过程医疗器械与患者身体的交互过程。

2、为了提高手术的成功概率，通常需要提前对手术进行模拟，手术仿真应需而生。

技术实现思路

1、本发明提供一种外科手术虚拟图像演练方法、系统及存储介质，以解决现有模拟手术系统实验沉浸感不强且不便于寻找手术切入点的缺陷。

2、根据本发明的一个方面提供一种外科手术虚拟图像演练方法，包括以下步骤：

3、获取病变体部位多个方向的ct断层扫描图像信息；

4、根据所述ct断层扫描图像信息获取空间的物理属性，根据所述物理属性重构出多幅断层二维图像；

5、根据多幅断层二维图像构建初步三维图像；

6、根据病变体位特性，选定ct值的范围，在所述初步三维图像中形成相应的病变体位三维图像；

7、获取病变体部位多方位的b超扫描图像信息；

8、根据b超扫描图像信息获取病变体部的形状特征信息；

9、根据形状特征信息比对在预设范围的ct值情况下的所述病变体位三维图像；

10、当比对的重合度超过阈值时，则导出该ct值情况下的所述病变体位三维图像，并作为最终病变体位三维图像；

11、根据所述最终病变体位三维图像构建病变体位三维模型，对病变体位三维模型构建具备生物力学特征的虚拟人体组织；并对所述虚拟人体组织进行表面半透明化处理；

12、确认虚拟手术器械与虚拟人体组织发生碰撞，基于虚拟人体组织在软组织形变及穿刺过程中对虚拟手术器械反馈的作用力，对虚拟人体组织产生力学变形并输出视觉反馈，辅助规划手术路径。

13、根据上述技术，ct断层扫描图像信息获取空间的物理属性，进行图像重建重构出多幅断层二维图像，再通过b超扫描图像信息获取病变体部的形状特征信息来对预设范围的ct值情况下的所述病变体位三维图像进行比对验证；可以增加图像生成的精准性，使得自动建模的过程中生成精度高的目标模型。将病变体人体组织建模，进行半透明化处理，从而方便操作者在模拟手术时，可直观看到病变体周围的虚拟人体组织结构，以准确找到穿刺点，提高手术成功概率。

14、在一种可能的设计中，对构建成的病变体位三维模型进行网格化处理。网格化处理增加模型的后期的力反馈仿真性能。

15、在一种可能的设计中，构建具备生物力学特征的虚拟人体组织的方法是：

16、构建弹簧质点模型，基于弹簧质点模型所构建的模型质点，计算出当前质点的位移量，并将位移量至反馈在虚拟人体软组织上。

17、在一种可能的设计中，根据多幅断层二维图像构建三维图像之前，对所述多幅断层二维图像进行预处理，所述预处理包括，测量图像距离和角度，根据图像距离和角度对图像进行局部放大和移动以及对图像进行分割和图像配准。通过对图像进行预处理，其中测量图像距离和角度，根据图像距离和角度对图像进行局部放大和移动以及对图像进行分割和图像配准，可以提高图像与现实的匹配度，增加模型的精准性。

18、在一种可能的设计中，所述ct断层扫描图像信息是螺旋ct的断层扫描图像信息。

19、本发明第二方面提供了一种外科手术虚拟图像演练系统，包括，

20、ct断层扫描图像信息获取模块，用于获取病变体部位多个方向的ct断层扫描图像信息，并将ct断层扫描图像信息传给断层二维图像构建模块；

21、断层二维图像构建模块，用于接收所述ct断层扫描图像信息获取模块传来的ct断层扫描图像信息并根据所述ct断层扫描图像信息获取空间的物理属性，根据所述物理属性重构出多幅断层二维图像，并将多幅所述断层二维图像传给三维图像构建模块；

22、三维图像构建模块，用于接收断层二维图像构建模块传来的多幅所述断层二维图像并根据多幅断层二维图像构建初步三维图像；并将初步三维图像传给三维图像处理模块；

23、三维图像处理模块，用于接收所述三维图像构建模块传来的初步三维图像，根据病变体位特性，选定ct值的范围，在所述初步三维图像中形成相应的病变体位三维图像；

24、b超扫描图像信息获取模块，用于获取病变体部位多方位的b超扫描图像信息，并将b超扫描图像信息传给形状特征提取模块；

25、形状特征提取模块，用于接收b超扫描图像信息获取模块传来的b超扫描图像信息，并根据b超扫描图像信息获取病变体部的形状特征信息，并将形状特征信息传给特征比对模块；

26、特征比对模块，用于接收形状特征提取模块传来的形状特征信息，并根据形状特征信息比对在预设范围的ct值情况下的所述病变体位三维图像，然后输出比对结果信息，并将比对结果信息传给最终病变体位三维图像生成模块；

27、最终病变体位三维图像生成模块，接收特征比对模块传来的比对结果信息，并根据比对结果信息判断重合度是否超过阈值，当比对的重合度超过阈值时，则导出该ct值情况下的所述病变体位三维图像，并作为最终病变体位三维图像，并将最终病变体位三维图像传给病变人体组织构建模块；

28、三维组织模型构建模块，用于接收最终病变体位三维图像生成模块传来的最终病变体位三维图像，并根据所述最终病变体位三维图像构建病变体位三维模型，构建人体三维组织及病变体，并将两者结合构成完整的病变人体三维组织模型；

29、生物力学处理模块，用于对所述病变人体三维组织模型构建具备生物力学特征的虚拟人体组织，并用于将所述的虚拟人体组织的表面进行半透明化处理的可视化处理模块；和

30、力学交互反馈模块，用于确认虚拟手术器械与虚拟人体组织发生碰撞，基于虚拟人体组织在软组织形变及穿刺过程中对虚拟手术器械反馈的作用力，对虚拟人体组织产生力学变形并输出视觉反馈，辅助规划手术路径。

31、在一种可能的设计中，三维组织模型构建模块还用于对构建成的病变体位三维模型进行网格化处理。

32、在一种可能的设计中，所述的力学交互反馈模块还用于构建弹簧质点模型，基于弹簧质点模型所构建的模型质点，计算出当前质点的位移量，并将位移量至反馈在虚拟人体软组织上。

33、在一种可能的设计中，还包括断层二维图像调整模块，所述断层二维图像调整模块用于在多幅断层二维图像构建三维图像之前，对所述多幅断层二维图像进行预处理，所述预处理包括，测量图像距离和角度，根据图像距离和角度对图像进行局部放大和移动以及对图像进行分割和图像配准。

34、本发明提三方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器与处理器之间通过总线相互连接；所述存储器存储计算机执行指令；所述处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得处理器执行如本发明第一方面以及第一方面中任意一项可能的设计中所述的外科手术虚拟图像演练方法。

35、有益效果：

36、本技术提出一种外科手术虚拟图像演练方法，ct断层扫描图像信息获取空间的物理属性，进行图像重建重构出多幅断层二维图像，再通过b超扫描图像信息获取病变体部的形状特征信息来对预设范围的ct值情况下的所述病变体位三维图像进行比对验证；可以增加图像生成的精准性，使得自动建模的过程中生成精度高的目标模型。将病变体人体组织建模，进行半透明化处理，从而方便操作者在模拟手术时，可直观看到病变体周围的虚拟人体组织结构，以准确找到穿刺点，提高手术成功概率。