[发明专利]一种针对经内镜逆行性胰胆管造影术的增强现实导航方法及系统

权利要求书

1.一种针对经内镜逆行性胰胆管造影术的增强现实导航方法，其特征在于，包括：

步骤S1：于术前通过医学扫描设备对患者躯干进行三维扫描，从获取到的患者躯干的三维图像中分割出十二指肠的术前表面几何模型，并基于所述术前表面几何模型，构建所述十二指肠的术前生物力学模型；其中，所述十二指肠包括：十二指肠肠道和胰胆管；

步骤S2：于术中初始阶段使用内窥镜在所述十二指肠的区域来回适速游走一次，记录所述内窥镜的运动轨迹，利用获取的内窥镜图像序列重建所述十二指肠的术中三维轮廓，并利用所述运动轨迹调整所述十二指肠的术中三维轮廓的尺度和空间方位；

步骤S3：恢复所述术中三维轮廓的表面结构并去除显著异常点；刚性配准所述术中三维轮廓和所述表面几何模型，将二者的空间位置和大小进行统一；根据空间距离在所述术中三维轮廓和所述术前表面几何模型之间建立对应点关系，并使用法向条件进行限制，以对应点关系对所述术前生物力学模型施加外部弹性约束，并求解系统整体平衡状态，得到预设形变状态的非刚性配准后的术前生物力学模型；

步骤S4：将所述术中三维轮廓、所述非刚性配准后的术前生物力学模型和所述内窥镜统一到世界坐标系中，对所述内窥镜的镜头进行相机标定，以此调整虚拟相机视角，实时获取内窥镜镜头的空间坐标与位姿并赋予所述虚拟相机，以实现增强现实导航；

所述步骤S2：于术中初始阶段使用内窥镜在所述十二指肠的区域来回适速游走一次，记录所述内窥镜的运动轨迹，利用获取的内窥镜图像序列重建所述十二指肠的术中三维轮廓，并利用所述运动轨迹调整所述十二指肠的术中三维轮廓的尺度和空间方位，具体包括：

步骤S21：于手术初始阶段使用内窥镜在所述十二指肠的区域以合适的速度来回游走一次，获取所述十二指肠的肠道内各个位置的图像序列，基于ORB-SLAM重建所述十二指肠的术中三维轮廓，并以点云的形式输出；

步骤S22：利用ORB-SLAM预测拍摄时的所述内窥镜的镜头空间位置与姿态，最终输出内窥镜镜头的预测路径；

步骤S23：基于ICP刚性配准所述预测路径和通过NDI电磁定位设备记录的实际内窥镜镜头运动路径，调整所述十二指肠的术中三维轮廓的尺度和空间方位。

2.根据权利要求1所述的针对经内镜逆行性胰胆管造影术的增强现实导航方法，其特征在于，所述步骤S1：于术前通过医学扫描设备对患者躯干进行三维扫描，从获取到的患者躯干的三维图像中分割出十二指肠的术前表面几何模型，并基于所述术前表面几何模型，构建所述十二指肠的术前生物力学模型；其中，所述十二指肠包括：十二指肠肠道和胰胆管，具体包括：

步骤S11：于术前通过医学扫描设备对患者躯干进行三维扫描，获取患者躯干的三维图像的分割结果，使用Marching Cubes算法根据所述分割结果重建以三角面片组成的术前表面几何模型；

步骤S12：用TetGen四面体化所述术前表面几何模型，并对属于内壁区域和胰胆管区域的四面体进行标记；

步骤S13：基于所述术前表面几何模型，利用Co-rotationalFEM本构模型构建术前生物力学模型，为内壁和胰胆管区域的四面体分别设置不同的力学参数，如公式(1)～(2)所示：

E_内壁＝3.5kPa v_内壁＝0.45    (1)

E_胰胆管＝620kPa v_胰胆管＝0.4    (2)

其中，E表示样式模量，v表示泊松比；

对于所述术前生物力学模型的系统方程使用雅各比预条件共轭梯度解算器求解。