[发明专利]基于医用图像的模拟手术规划方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理和模式识别技术领域，具体涉及一种基于医用图像的模拟手术规划方法。

背景技术

模拟手术是利用计算机生成虚拟手术场景，医务人员通过仿真手术器械进行术前模拟，制订手术计划的过程。随着计算机技术、图像处理技术与虚拟现实技术的发展，近年来，模拟手术已成为研究的热点，它可以提高手术的安全性与准确性，引起了人们的广泛关注。模拟手术要实现刺针穿刺或手术刀切入，传统的穿刺和切入单靠的是医生的手感和经验，而在计算机上实现穿刺和手术路径的规划，刺入点、刺入深度和手术刀切入位置的精确选择可以大大的降低手术的风险。

国内关于虚拟手术方面的研究始于20世纪90年代，尚处于探索研究阶段，主要集中于三维重建、手术过程的仿真碰撞检测与软组织形变仿真等问题。如中科院自动化研究所、中科院计算机所、清华大学、浙江大学及南方医科大学等单位对虚拟手术系统进行了初步研究。本发明的模拟手术规划系统是建立在医学图像三维可视化的基础上，是对医学图像的更深一步分析、理解和分割。图像三维可视化是由二维断层图像序列转变成为具有直观立体效果的图像，展现人体器官的三维结构与形态，能够弥补医学成像设备在成像上的不足，能够为用户提供具有真实感的三维医学图像。医学图像三维可视化将辅助医生对病变体和周围组织进行分析和显示，极大地提高医疗诊断的准确性和科学性。图像三维可视化是目前的一个研究热点问题，是一个多学科交叉的研究领域，是计算机图形学和图像处理技术在生物医学工程中的重要应用。它涉及数字图像处理、计算机图形学以及医学领域的相关知识。医学图像三维可视化在诊断医学、手术规划及模拟仿真、整形及假肢外科、放射治疗规划、解剖教学等方面都有着重要的应用。

解放军第一○一医院骨科在2000年的时候，利用Borland C语言编制三维重建和模拟手术程序，建立上肢三维解剖数据模型，将临床实际手术操作过程转化为计算机可接受的指令，实现模拟手术操作。但是该系统只能接受计算机指令，无法实现完全交互的三维虚拟手术环境，且不能灵活的进行手术的规划，也无法实现虚拟切割等操作；清华大学计算机科学与技术系于2003年提出了面向术式的模拟手术交互，但是只能实现按特定路线的模拟手术，如髋关节的模拟手术，交互操作只能按照规定的顺序进行，而本发明的模拟手术系统，可以适用于任何器官的模拟手术，且可以按照任意顺序进行切割和手术，更加方便灵活；安徽医科大学在2005年提出了利用快速原型技术建立骨骼模型模拟手术的应用研究，该技术是将三维螺旋CT数据输入快速原型机，使用分层实体制造的方法，制造出病变部位骨骼的实体模型，然后在实体模型上进行模拟手术。该技术无法实现真正的计算机空间的虚拟手术，且需要通过快速成型加工骨骼的样本，该样本只能让医生进行一次模拟手术，如果模拟手术不成功，还需要再进行快速成型加工，实际上该模拟手术系统只是制造出人体器官的副本，操作不够灵活，且容易造成材料的浪费；大连医科大学于2007年进行了腺样体肥大患儿模拟手术模型的建立和气流流场的数值模拟与分析研究，该技术无法进行手术的规划和切除，也不能显示虚拟切除后的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟手术规划方法。该方法是通过对重建后的三维体进行交互模拟切割和手术规划，使医生能够获取更多更准确的诊疗信息。

本发明的基于医学图像的模拟手术规划方法，包括下列步骤：

步骤1：生成包含患者手术部位的三维医学图像；

步骤2：在三维空间内生成一条曲线，在曲线上选取多个操作点；

步骤3：通过改变操作点的位置来控制调整曲线，若调整后的曲线不符合手术规划，则继续改变操作点的位置，并允许增加和减少操作点，重新执行本步骤，直至调整后的曲线符合手术规划，得到规划好的曲线；

步骤4：将规划好的曲线投影在需要做手术的部位，根据投影线，确定每一个切割点M(x₀，y₀，z₀)；