[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

说明书

本发明涉及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，其方法包括：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，并基于术前表面几何模型，构建十二指肠的术前生物力学模型；S2：于术中初始阶段使用内窥镜在十二指肠的区域来回适速游走一次，构建十二指肠的术中三维轮廓；S3：进行十二指肠的术中三维轮廓与术前生物力学模型的非刚性配准；S4：基于NDI电磁定位设备提供的内窥镜位姿实时投影，以实现增强现实导航。本发明提供的导航方法，可以在术中为执刀医师提供明确的胰胆管走向，降低辅助用的X光和造影剂对人体造成的有害影响。

技术领域

本发明涉及增强/混合现实与医工领域，具体涉及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。

背景技术

本世纪以来，随着计算机技术的快速发展，计算机辅助手术(Computer-aidedSurgery,CAS)作为一门新兴学科应运而生，近年来已成为一个将医学、计算机科学、放射学、生物力学、机械学、材料学、机器人技术等诸多学科集为一体的新型交叉研究领域。其中术中导航技术，是CAS的重要组成部分，对于外科医生在术中操作的精准度，术中安全性，术后快速恢复性有着极为重要的意义，推动着现代医学技术向个体化、精准化、微创化和远程化的方向发展。在经内镜逆行性胰胆管造影(Endoscopic Retrograde Cholangio-pancreatography,ERCP)手术中，执刀医师无法通过内窥镜看到肠壁外侧的胰胆管走向，需要利用造影剂以及X光机不断地进行透视，以此来确认和调整钢丝的位置，然而有毒的造影剂以及长时间暴露在X光环境下对患者和医生均有损害。因此，ERCP手术中胰胆管走向不明确，辅助用的X光和造影剂对人体有害成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供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。

本发明技术解决方案为：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，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。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明公开了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，在ERCP术中用于导航，在术中为医生提供额外视觉辅助信息，在一定程度上减少了术中X光和造影剂的使用。

2、本发明公开的方法采用ORB-SLAM技术重建术中三维轮廓，此为十二指肠内窥镜仅具有单镜头条件下的一种合理解决方案。