一種腹部外科精準手術系統及方法技術方案

本發明專利技術涉及一種腹部外科精準手術系統及方法。包含腹腔鏡主機、高分辨影像采集卡、影像處理計算機、顯示屏。與腹腔鏡主機高清視頻輸出端子相連接的高分辨影像采集卡將病患腹部器官影像輸出到影像處理計算機中，通過本發明專利技術的方法，經由MRI斷層掃描影像重建的病患腹部器官的三維實體影像的視點方位、比例大小，受腹腔鏡視點以及方位參數驅動，當實體三維影像體表關鍵點與腹腔鏡影像體表關鍵點重合時，實體三維影像疊加顯示于腹腔鏡影像上。用本發明專利技術的系統，可實現增強現實虛擬環境下腹部器官內部各類影像的實時顯示，引導外科醫生實施精準手術。與現有技術相比，可以有效降低出血、縮短手術時間，最大限度地保留殘存器官。

Precision operation system and method for abdominal surgery

The invention relates to a precision surgical system and method for abdominal surgery. The system comprises a host computer, a high resolution image acquisition card, an image processing computer and a display screen. Connected with the output terminal of the host HD video laparoscopic high resolution image acquisition card will be patient with abdominal organ image output to the image processing computer, through the method of the invention, the 3D image by MRI tomography image reconstruction in patients with abdominal organ of the party, the proportion of the size of view, driven by laparoscopic viewpoint and orientation parameters when the 3D image surface, coincidence point and key points of laparoscopic image surface, 3D image overlay display in laparoscopic images. The system of the invention can realize the real-time display of various images of the abdominal organs in the augmented reality virtual environment, and guide the surgeon to carry out the precise operation. Compared with the prior art, the utility model can effectively reduce the bleeding, shorten the operation time, and retain the remaining organs to the greatest extent.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及腹部外科手術，具體涉及一種腹部外科精準手術系統及方法。
技術介紹
腹部外科手術，特別是針對肝膽胰的腹部外科手術多年來已經取得了極大的發展，從早期的開腹手術發展到了腹腔鏡手術以及最新的達芬奇機器人手術。然而，即使是最新的達芬奇機器人手術，也僅僅是在腹腔鏡手術上做了視野、手術微量運動等精確控制方面的提升，這類改進的優越性充分體現在以下幾個方面：利用電子信息的特點，可以實現遠程控制和遠程操作；利用機械手臂來執行人手的操作可以避免術者手部顫動帶來的負面影響；利用雙視野攝像鏡頭擴大了術者視野，實現了初步的裸眼三維顯示，使之更逼近開腹手術的視野。以上提升雖然極大地提高了術者實施微小動作的精確性和穩定性，但是并沒有徹底地改變外科醫生手術的基本現狀：術者能看到的病患器官仍然僅僅是器官體表，無法利用斷層掃描影像來準確定位器官內部的各類關鍵組織以及器官內部的病灶點。由此，并沒有從實質上對術者的手術提升根本的改變。如何利用病患的斷層掃描數據，使術者在手術過程中能夠精確定位病灶點，有效避開血管等關鍵管道，是一項亟待解決的問題。
技術實現思路
為解決以上問題，本專利技術提出了一種腹部外科精準手術系統及方法。本專利技術的技術方案是：一種腹部外科精準手術系統及方法，包含腹腔鏡主機、高分辨影像采集模塊、影像處理計算機、顯示屏，斷層掃描數據文件、斷層掃描文件-3D實體轉換軟件、病患腹部器官3D實體影像、腹腔鏡影像-3D實體影像顯示和疊加鎖定方法，其特征在于，所述高分辨影像采集模塊與腹腔鏡主機高清視頻輸出端子相連接，高分辯影像采集模塊的輸出與影像處理計算機USB端口相連接。病患腹部器官3D實體影像與腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的特征在于，依據以下步驟實現病患腹部器官三維實體影像關鍵點的顯示方位和顯示比例與病患腹腔鏡腹部器官體表影像關鍵點的顯示方位和顯示比例同步鎖定，當實體三維影像體表關鍵點與腹腔鏡影像體表關鍵點重合鎖定時，實體三維影像與腹腔鏡影像疊加顯示于影像處理計算機顯示屏上，否則僅顯示腹腔鏡影像：步驟1輸入病患的CT或MRI斷層掃描數據文件；步驟2利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維體表實體影像文件；步驟3利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維血管、管道實體影像文件；步驟4利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維韌帶、肌肉實體影像文件；步驟5利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的腫瘤、結石等占位實體影像文件；步驟6在主要器官上選取至少3個在術中相對位置不發生變化的器官關鍵點的X、Y、Z坐標；步驟7把選取的至少3個體表關鍵點的坐標存入影像處理計算機內存；步驟8利用高清視頻數據采集模塊將由腹腔鏡主機輸出的高清視頻信號采集到影像處理計算機內存；步驟9人工選取腹腔鏡影像中至少3個腹部主要器官體表關鍵點的X、Y、Z坐標，存入影像處理計算機內存；步驟10根據人工選取的腹腔鏡影像中至少3個腹部主要器官體表關鍵點的X、Y、Z坐標，實時驅動實體三維影像，使預先提取的至少3個關鍵與腹腔鏡影像的三個關鍵點的X、Y、Z坐標重合；步驟11判別兩個影像各自關鍵點在X、Y、Z坐標之間的差值，當差值小于預先設定的值時，表示兩個影像重疊鎖定成功，預先設定的差值為1毫米；步驟12若鎖定成功，將腹腔鏡影像與三維實體影像重疊顯示于影像處理計算機顯示器上，否則，僅顯示腹腔鏡影像。與現有技術相比，采用本專利技術，可實現增強現實虛擬環境下腹部器官內部各類影像的實時顯示，引導外科醫生實施精準手術。通過本專利技術，可以有效降低出血、縮短手術時間，最大限度地保留殘存器官。附圖說明圖1為本專利技術的一種腹部外科精準手術系統的系統框圖。圖2為本專利技術的腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的病患腹部主要器官的斷層掃描影像-3D實體影像的轉換流程框圖。圖3為本專利技術的腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的病患主要器官3D實體影像的動態顯示驅動流程圖。圖4為本專利技術的腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的從病患主要器官3D實體影像體表關鍵點坐標提取的流程圖。圖5為本專利技術的腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的從腹腔鏡影像中提取病患主要器官體表關鍵點的流程圖。圖6為本專利技術的腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的腹腔鏡影像與3D實體影像進行重疊鎖定計算的流程圖。圖7為對肝臟體表進行透明處理、以便于觀察到肝臟內部血管和肝管的影像圖。圖8為對肝臟體表進行透明處理、以便于觀察到肝臟內部血管和肝管時，另一視角和比例參數下的影像圖。具體實施方式如圖1所示，本專利技術的一種腹部外科精準手術系統及方法包含腹腔鏡8、腹腔鏡主機7、顯示屏1、高分辨影像采集模塊2、影像處理計算機3、斷層掃描數據文件4、斷層掃描文件-3D實體轉換軟件5、病患腹部器官3D實體影像文件6。在本實施例中，腹腔鏡8以及腹腔鏡主機7為奧林巴斯腹腔鏡；高分辨影像采集模塊2為tc-ub530；斷層掃描文件-3D實體轉換軟件5為yorktal。腹腔鏡8、腹腔鏡主機7、顯示屏1為傳統腹腔鏡系統，高分辨影像采集模塊2的數據輸入端口與腹腔鏡主機7的數據輸出口相連接，高分辨影像采集模塊2的數據輸出端口與影像處理計算機3的USB口相連接。病患腹部器官三維實體影像的顯示視點方位和比例與病患腹腔鏡腹部器官體表影像視點的方位和比例同步鎖定，當實體三維影像體表關鍵點與腹腔鏡影像體表關鍵點重合鎖定時，實體三維影像與腹腔鏡影像疊加顯示于影像處理計算機顯示屏上，否則，僅顯示腹腔鏡影像。實體三維影像體表關鍵點與腹腔鏡影像體表關鍵點重合鎖定的具體步驟和方法結合圖2至圖6的具體實施步驟流程框圖說明。步驟1輸入病患的CT或MRI斷層掃描數據文件；步驟2利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維體表實體影像文件；步驟3利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維血管、管道實體影像文件；步驟4利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維韌帶、肌肉實體影像文件；步驟5利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的腫瘤、結石等占位實體影像文件；步驟6在主要器官上選取至少3個在術中相對位置不發生變化的器官關鍵點的X、Y、Z坐標；步驟7把選取的至少3個體表關鍵點的坐標存入影像處理計算機內存；步驟8利用高清視頻數據采集模塊將由腹腔鏡主機輸出的高清視頻信號采集到影像處理計算機內存；步驟9人工選取腹腔鏡影像中至少3個腹部主要器官體表關鍵點的X、Y、Z坐標，存入影像處理計算機內存；步驟10根據人工選取的腹腔鏡影像中至少3個腹部主要器官體表關鍵點的X、Y、Z坐標，實時驅動實體三維影像，使預先提取的至少3個關鍵與腹腔鏡影像的三個關鍵點的X、Y、Z坐標重合；步驟11判別兩個影像各自關鍵點在X、Y、Z坐標之間的差值，當差值小于預先設定的值時，表示兩個影像重疊鎖定成功，預先設定的差值為1毫米；步驟12若鎖定成功，將腹腔鏡影像與三維實體影像重疊顯示于影像處理計算機顯示器上，否則，僅顯示腹腔鏡影像。圖7、圖8為對肝臟體表進行透明處理、以便于觀察到肝臟內部血管和肝管時，不同視角和比例參數下的影像圖。本專利技術的一種腹本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種腹部外科精準手術系統及方法，包含腹腔鏡主機、高分辨影像采集模塊、影像處理計算機、顯示屏，斷層掃描數據文件、斷層掃描文件?3D實體轉換軟件、病患腹部器官3D實體影像與腹腔鏡影像?3D實體影像疊加鎖定方法，其特征在于，所述高分辨影像采集卡與腹腔鏡主機高清視頻輸出端子相連接，高分辯影像采集卡的輸出與影像處理計算機USB端口相連接。

【技術特征摘要】
1.一種腹部外科精準手術系統及方法，包含腹腔鏡主機、高分辨影像采集模塊、影像處理計算機、顯示屏，斷層掃描數據文件、斷層掃描文件-3D實體轉換軟件、病患腹部器官3D實體影像與腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法，其特征在于，所述高分辨影像采集卡與腹腔鏡主機高清視頻輸出端子相連接，高分辯影像采集卡的輸出與影像處理計算機USB端口相連接。2.權利要求1所述病患腹部器官3D實體影像與腹腔鏡影像-3D實體影像疊加鎖定方法的特征在于，依據以下步驟實現病患腹部器官三維實體影像的顯示視點方位和比例與病患腹腔鏡腹部器官體表影像視點的方位和比例同步鎖定，當實體三維影像體表關鍵點與腹腔鏡影像體表關鍵點重合鎖定時，實體三維影像與腹腔鏡影像疊加顯示于影像處理計算機顯示屏上：步驟1輸入病患的CT或MRI斷層掃描數據文件；步驟2利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維體表實體影像文件；步驟3利用斷層掃描文件-3D實體轉換軟件生成腹部主要器官肝、膽、胰腺的三維血管、管道實體影像文件；步驟4利用斷層掃描文件-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙松凌，張小文，鄒浩，李越華，
申請(專利權)人：趙松凌，
類型：發明
國別省市：云南;53