[发明专利]一种基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统

权利要求书

1.一种基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统，其特征在于，所述基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统包括：

信息采集模块、传感模块、图像采集模块、中央控制模块、图像处理模块、三维模型构建模块、病灶信息提取模块、三维病灶模型构建模块、手术规划模块、定位模块、导航模块、手术监控模块、预警模块以及显示模块；

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于利用扫描设备或其他输入设备采集患者的相应诊疗信息以及检测影像；

图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的相应视频图像进行处理；

所述对采集的相应视频图像进行处理包括：

用尺寸为的块状将采集的尺寸为M×N的图像X转换成基于补丁表示的补丁图像Y，其尺寸为MN×P；

对图像X进行分块，每个图像子块记为X_m,n，其尺寸大小为

针对每个图像子块X_m,n，将给定的尺寸为块状完全覆盖该图像子块，满足关系式再将基于补丁的图像Y内中心像素落入此搜索窗口内的所有补丁构成的含噪图像补丁矩阵记为Z_m,n，然后利用下式将每列元素减去其均值；

其中，

进行信噪分离，提取含噪数据的信号子空间的维度；将每个含噪图像补丁在对应的信号子空间上投影重建，利用图像补丁对准和重叠平均方法，得到消除噪声的纯净图像；

三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相应影像信息构建虚拟胸腔及心脏模型；

病灶信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相应信息进行病灶信息的提取；

三维病灶模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于提取的病灶信息获取病灶特征点并将其添加在构建的三维胸腔及心脏模型上，得到三维心胸病灶模型；

手术规划模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相应信息以及构建的三维心胸病灶模型确定手术规划；也可用于利用输入设备进行手术方案的输入；

定位模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相应信息以及图像结合病灶模型定位病灶位置；并在三维病灶模型中进行病灶位置的标注；

导航模块，与中央控制模块连接，用于基于病灶位置以及传感器采集的手术工具位置信息进行手术导航；

手术监控模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的现场视频图像确定手术过程是否符合预先确定或输入的手术规划。

2.如权利要求1所述基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统，其特征在于，所述基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统还包括：

传感模块，与中央控制模块连接，用于利用位于医疗器具上的传感节点采集手术工具的位置以及姿态信息；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集手术过程相应图像；

中央控制模块，与信息采集模块、传感模块、图像采集模块、图像处理模块、三维模型构建模块、病灶信息提取模块、三维病灶模型构建模块、手术规划模块、定位模块、导航模块、手术监控模块、预警模块以及显示模块；用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

预警模块，与中央控制模块连接，用于当手术工具偏离位置或手术过程偏离规划时进行预警；

显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示设备显示构建的病灶模型、定位的病灶位置以及导航路线、预警信息。

3.如权利要求1所述基于虚拟现实的心胸外科手术辅助控制系统，其特征在于，所述基于采集的相应影像信息构建虚拟胸腔及心脏模型包括：

(1)获取采集影像信息中心脏超声图像数据集，对数据集进行特征点重标定处理，并分离心脏各个部位的数据集，针对每个数据集进行去除超声斑纹噪声处理；

(2)对相应的图像数据进行图像分割和边缘轮廓特征提取；

(3)采用PTAM算法进行心脏各部位的三维建模，并将构建的单个心脏部位模型进行合成处理，构建完整的心脏三维模型。