腎臟虛擬手術方法及其系統技術方案

本發明專利技術適用于虛擬手術技術領域，提供了一種腎臟虛擬手術方法及其系統，所述方法包括如下步驟：A、對處于預設體位的患者進行CT掃描，獲取所述患者的CT掃描數據；B、從所述患者的CT掃描數據中分別提取與所述患者的腎臟相關的多個組織和/或器官；C、將所述多個組織和/或器官進行三維幾何模型重建，并建立所述多個組織和/或器官之間的三維空間關系；D、根據所述三維空間關系確定在所述患者皮膚上的穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。借此，本發明專利技術可以在患者腰部建立一條從皮膚到腎臟的準確通道，實現對患者腎臟的虛擬手術。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及虛擬手術
，尤其涉及一種腎臟虛擬手術的方法及其系統。
技術介紹
虛擬手術技術是指利用各種醫學影像數據，利用虛擬現實技術在計算機中建立一個模擬環境，醫生借助虛擬環境中的信息進行手術計劃、訓練，以及實際手術過程中引導手術的新興學科。人體腎臟的手術包括經皮腎鏡取石術，具體的是在腰部建立一條從皮膚到腎臟的通道，通過這個通道把腎鏡插入腎臟，利用激光、超聲等碎石工具，把腎結石擊碎取出。即所謂的“打孔取石”。該技術的難點就在于如何建立從皮膚到腎臟的通道，由于該技術方案是直接在病人身上找通道，一旦通道不準確，不但手術不成功，而且還可能在建立通道時,碰到腎動脈,此時病人有很大風險。另外在現有技術中，螺旋CT引導下經皮腎鏡治療復雜性腎結石，即在螺旋CT引導 下建立微創經皮腎通道，使用氣壓彈道擊碎結石。該技術充分發揮螺旋CT三維成像的直觀優勢，但其缺點在于該技術在實施過程中需搬運患者，過程繁瑣，而且患者接受放射線劑量較大。上述腎臟手術技術難以取得穩定的技術效果。因此，若能夠在腎臟手術之前進行虛擬手術的實踐，可以提升手術的成功效率。但是，在現有技術中尚未有對腎臟進行虛擬手術的技術存在。綜上可知，現有的腎臟手術在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。
技術實現思路
針對上述的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種腎臟虛擬手術方法及其系統，以在患者腰部建立一條從皮膚到腎臟的準確通道，實現對患者腎臟的虛擬手術。為了實現上述目的，本專利技術提供一種腎臟虛擬手術方法，所述方法包括如下步驟A、對處于預設體位的患者進行CT掃描，獲取所述患者的CT掃描數據；B、從所述患者的CT掃描數據中分別提取與所述患者的腎臟相關的多個組織和/或器官；C、將所述多個組織和/或器官進行三維幾何模型重建，并建立所述多個組織和/或器官之間的三維空間關系；D、根據所述三維空間關系確定在所述患者皮膚上的穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。根據所述的腎臟虛擬手術方法，在步驟D之后包括根據所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道，模擬對所述患者的腎臟手術過程。根據所述的腎臟虛擬手術方法，在所述步驟A中，所述患者處于俯臥的體位；所述步驟B包括BI、將所述患者的CT掃描數據導入計算機系統；B2、采用圖像分割算法將所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨分別從所述CT掃描數據中提取出來；所述步驟C包括Cl、將所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨進行三維幾何模型重建；C2、對三維幾何模型重建后的所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨分別設置不同的顏色；C3、設置所述患者的皮膚及腎的透明度； 所述步驟D中，通過仿真手術器械在所述患者皮膚上確定穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。根據所述的腎臟虛擬手術方法，在所述步驟B2中，將所述患者的皮膚從所述CT掃描數據中提取出來的步驟包括計算所述CT掃描數據中的CT斷層數據的梯度場；從所述梯度場邊緣向內部搜索，在所述搜索的過程中尋找碰到的第一個高梯度點，以所述第一個高梯度點為種子點進行輪廓跟蹤，獲得所述患者皮膚上所有點的集合；從所述所有點的集合中直接提取獲得不封閉的皮膚；或者將所述所有點的集合包圍的整個空間區域提取出來，獲得封閉的皮膚。根據所述的腎臟虛擬手術方法，在所述步驟B2中，將所述患者的腎、腎盂區、結石從所述CT掃描數據中提取出來的步驟包括在所述CT掃描數據中的CT斷層數據上選擇一系列的種子點；基于所述種子點作閾值連通計算；以所述閾值連通計算的結果作為演化算法的輸入進行演化，提取出所述患者的腎、腎盂區、結石；和/或在所述步驟B2中，將所述患者的腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨從所述CT掃描數據中提取出來的步驟包括在所述CT掃描數據中的CT斷層數據上選擇一系列的種子點；基于所述種子點作閾值連通計算，并調節所述閾值上下限；實時顯示對應于所述閾值上下限的連通區域；根據調節得到的所述閾值上下限提取出所述患者的腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨。為了實現本專利技術的另一專利技術目的，本專利技術還提供了一種腎臟虛擬手術的系統，所述系統包括掃描模塊，用于對處于預設體位的患者進行CT掃描，獲取所述患者的CT掃描數據；提取模塊，用于從所述患者的CT掃描數據中分別提取與所述患者的腎臟相關的多個組織和/或器官；三維幾何模型重建模塊，用于將所述多個組織和/或器官進行三維幾何模型重建，并建立所述多個組織和/或器官之間的三維空間關系；通道建立模塊，用于根據所述三維空間關系確定在所述患者皮膚上的穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。根據所述的系統，所述系統還包括模擬模塊，用于根據所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道，模擬對所述患者的腎臟手術過程。根據所述的系統，所述預設體位為所述患者處于俯臥的體位；所述提取模塊包括導入子模塊，用于將所述患者的CT掃描數據導入計算機系統；提取子模塊，用于采用圖像分割算法將所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨分別從所述CT掃描數據中提取出來； 所述三維幾何模型重建模塊包括三維幾何模型重建子模塊，用于將所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨進行三維幾何模型重建；顏色設置子模塊，用于對三維幾何模型重建后的所述患者的皮膚、腎、腎盂區、結石、腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨分別設置不同的顏色；透明度設置子模塊，用于設置所述患者的皮膚及腎的透明度；所述通道建立模塊包括仿真手術器械，所述通道建立模塊通過所述仿真手術器械在所述患者皮膚上確定穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。根據所述的系統，所述提取子模塊包括第一計算單元，用于計算所述CT掃描數據中的CT斷層數據的梯度場；第一搜索單元，用于從所述梯度場邊緣向內部搜索，在所述搜索的過程中尋找碰到的第一個高梯度點，以所述第一個高梯度點為種子點進行輪廓跟蹤，獲得所述患者皮膚上所有點的集合；第一提取單元，用于從所述所有點的集合中直接提取獲得不封閉的皮膚；第二提取單元，用于將所述所有點的集合包圍的整個空間區域提取出來，獲得封閉的皮膚。根據所述的系統，所述提取子模塊包括第二選擇單元，用于在所述CT掃描數據中的CT斷層數據上選擇一系列的種子占.第二計算單元，用于基于所述種子點作閾值連通計算；第三提取單元，用于以所述閾值連通計算的結果作為演化算法的輸入進行演化，提取出所述患者的腎、腎盂區、結石；和/或所述提取子模塊包括第三選擇單元，用于在所述CT掃描數據中的CT斷層數據上選擇一系列的種子占.第三計算單元，用于基于所述種子點作閾值連通計算，并調節所述閾值上下限；顯示單元，用于實時顯示對應于所述閾值上下限的連通區域；第四提取單元，用于根據調節得到的所述閾值上下限提取出所述患者的腹主動脈、靜脈、腎內動脈、脊椎及肋骨。本專利技術通過對處于預設體位的患者進行CT掃描，獲取所述患者的CT掃描數據；然后從所述患者的CT掃描數據中分別提取與所述患者的腎臟相關的多個組織和/或器官；接著將所述多個組織和/或器官進行三維幾何模型重建，并建立所述多個組織和/或器官之間的三維空間關系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種腎臟虛擬手術方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：A、對處于預設體位的患者進行CT掃描，獲取所述患者的CT掃描數據；B、從所述患者的CT掃描數據中分別提取與所述患者的腎臟相關的多個組織和/或器官；C、將所述多個組織和/或器官進行三維幾何模型重建，并建立所述多個組織和/或器官之間的三維空間關系；D、根據所述三維空間關系確定在所述患者皮膚上的穿刺角度和深度，建立從所述患者皮膚到所述患者的腎臟的通道。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉建平，王衛平，涂云霞，郭李云，
申請(專利權)人：深圳市旭東數字醫學影像技術有限公司，
類型：發明
國別省市：