[发明专利]介入栓塞手术过程的模拟方法及装置

说明书

本发明公开了一种介入栓塞手术过程的模拟方法及装置，其中方法包括：根据栓塞物质包围球的几何形状，在极坐标系内建立栓塞物质的缠绕路径公式；选定血管瘤，采用基于网络邻接信息的搜索算法并设置相应的边界条件，将所有属于血管瘤的三角形面片分离出来，并求取血管瘤的内切球球心及半径；控制导管到达血管瘤处，根据栓塞物质的缠绕路径公式及血管瘤的内切球球心及半径，将栓塞物质通过导管向血管瘤内进行推送。本发明可以在保证手术模拟实时性的同时，提高介入栓塞物质缠绕的模拟真实性。

技术领域

本发明涉及虚拟手术技术领域，尤其涉及介入栓塞手术过程的模拟方法及装置。

背景技术

虚拟手术是利用医学影像数据，使用虚拟现实技术在计算机中建立虚拟环境，使医生能够借助虚拟环境中的信息进行手术计划、训练，以及实际手术中引导手术。传统的手术过程存在风险高、病人痛苦大、术后效果不理想等缺点，手术效果受医生个人业务水平影响很大。采用增强现实技术可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内，可以通过视、听、触觉感知并学习各种手术实际操作，体验并学习如何应付临床手术中的实际情况。这样节约了培训医务人员的费用和时间，使非熟练人员进行手术的风险性大大降低，对提高医学教育与训练的效率和质量以及改善医学手术水平的发展不平衡的现状有着特殊的意义。

利用虚拟现实技术模拟实际手术过程，准确、快速地模拟手术器械与人体器官(在介入手术模拟领域，主要指血管等)交互作用对提高手术模拟的真实性和用户的沉浸感十分重要。第一，从训练者的角度，真实、准确的手术模拟过程可以提供训练者全面的、直观的手术操作感受，有助于训练者理解手术过程、掌握手术技能。第二，从医生的角度，于术前在模拟系统上进行介入手术过程的预演，可以预防性地对将来实际手术过程中可能出现的突发情况进行模拟处理，以提高实际手术的成功率。

介入栓塞术，也称栓塞治疗，是经动脉或静脉内导管将塞物有控制地注入到病变器官的供应血管内，使之发生闭塞，中断供血，以达到控制出血、治疗肿瘤和血管性病变以及消除患病器官功能之目的。栓塞术是介入治疗中的重要技术，也是介入放射学的三大技术之一，并成为日常工作的主要部分。一名介入手术医师在获得进行临床手术资格之前，需要经过长时间的、严格的术前训练。随着科学技术的发展，通过计算机模拟介入栓塞治疗的整个手术过程，尤其是栓塞物在病变部位的缠绕过程，可以很好地帮助介入手术医师快速掌握介入栓塞术的关键技术细节，缩短培训周期。因此，在虚拟手术领域，尤其是手术技能训练、手术过程演练等方面，通过计算机准确、真实地模拟整个手术过程十分重要。

目前的虚拟手术过程中针对介入栓塞过程模拟所采用的技术方案主要由以下两种：

Dequidt等在08年提出一种基于样条的方法模拟栓塞物质在血管瘤内的缠绕过程(Dequidt J,Marchal M,Duriez C,Kerien E,Cotin S.Interactive simulation ofembolization coils:Modeling and experimental validation.Medical ImageComputing and Computer-Assisted Intervention-MICCAI 2008.Springer BerlinHeidelberg.2008:695-702)。该方法将栓塞物质建模为一段段首尾相连的样条曲线，计算样条曲线的刚性矩阵，通过建立并求解牛顿第二定律平衡方程计算每段短小的时间间隔内样条曲线的形状变化。