一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统及方法

技术领域

本发明涉及医学医疗辅助技术领域，具体涉及一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统及方法。

背景技术

三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术；

随着科技的发展，其现今也运用于医学领域，通过三维重建影像模型的方式辅助医生进行手术，由此即可降低主刀医生的视力要求更加注重手法及手术操作的熟练度。

但现今该技术应用缺陷较大，通过AR设备实现易对主刀医生造成更多的疲劳感，致使手术时长有所限制，不适用于较长时间跨度的大型手术，且画面清晰度差，以至于主刀医生在进行手术时存在操作失误的风险。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统及方法，能够有效地解决上述背景技术中提出的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统，包括：

控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；

采集模块，用于采集手术创面影像数据；

输入模块，用于输入系统手术患者就诊期间所有医学设备所拍摄的影像数据；

生成模块，用于接收识别截取单元影像数据生成手术患者病灶手术位置三维雏体模型；用于接收采集模块子模块的各影像数据合成三维现实模型不完整体；

逻辑模块，用于接收生成模块中产生的三维雏体模型及三维现实模型不完整体，对二者进行影像数据大小、视角、偏转角的匹配；

输出模块，用于获取逻辑模块匹配结构，对三维雏体模型及三维现实模型不完整体进行模型重叠、缺失替补；

输出设备，用于接收输出模块输出三维模型影像数据进行实时影像投放。

更进一步地，所述采集模块中设置有子模块，包括：

热感应扫描模组，用于采集手术创面皮下及相邻组织层影像数据；

微型摄像头模组，用于采集手术创面所有可视角度的影像数据。

更进一步地，所述输入模块中设置有子模块，包括：

识别截取单元，用于识别输入模块中输入系统的所有手术患者就诊期间所有医学设备所拍摄的影像数据；用于对手术患者对应影像数据中病灶位置影像数据部分进行截取。

更进一步地，所述输出模块中设置有子模块，包括：

储存单元，用于储存手术患者当前手术中实时输出的三维模型影像数据。

更进一步地，所述输出模块中还包括以下子模块：

比对单元，用于比对储存单元中储存的三维模型影像数据，使用相似度最高的三维模型影像数据作为输出内容通过输出模块为数据传输途径提供至逻辑模块。

更进一步地，所述比对单元运行时输入模块及其子模块不参与系统运行，由比对单元与采集模块中产生三维运行数据提供生成模块运行所需数据条件。

第二方面，一种基于医学影像三维重建的手术辅助方法，包括以下步骤：

Step1：获取手术患者相关就诊影采集像数据，分析患者就诊采集影像数据病灶位置区域影像数据；

Step2：判定当前手术患者状态，选择三维模型生成逻辑对手术患者进行三维模型影像数据的建立及实时投影；

Step3：设定手术患者病灶卷积层数据储存库，在手术患者进行手术前进行校验与配对；

Step4：对患者病灶军机处数据储存库中数据进行周期至更迭消减；

Step5：对手术器械进行内置信号发生器的安装，在手术过程中所用手术器械通过内置信号发生器生成器械三维模型同步输入至患者病灶处的三维模型影像数据中。

更进一步地，所述步骤Step1中对于患者就诊采集的运行数据病灶位置区域影像数据的分析涵括范围为病灶及病灶边界位置的一厘米处。

更进一步地，所述步骤Step3中对于手术患者病灶卷积层数据储存库的校验与配对执行后，无论是否存在配对结果皆跳转至步骤Step4继续执行。

更进一步地，所述热感应扫描模组所采集手术创面皮下及相邻组织层影像数据时，通过如下数据进行影像数据层次叠层空间的计算：

其中，f表示为影像数据层次叠层空间激活函数；

θ表示神经元的激活阈值；

x表示每个神经元将所有前驱神经元的输出值；

w对应的可学习的参数；

n表示运算次数；

i表示当前运算影像数据所处层；

y表示为影像数据层次叠层坐标。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明提供一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统供医学手术所使用，通过该系统能够多途径的采集影像数据来进行三维模型的建立，而后输出，无论是三维影像的精度还是影像数据的更迭效率都较现有技术更佳，从而以此大大的降低了手术的风险，为主刀医生带来了更多的便利与效率。

2、本发明中系统适用于大型器官手术，能够好的适应就诊手术患者、二次手术患者，以及急救手术患者，为上述三者均能够带来精确的三维影像数据。

3、本发明提供一种基于医学影像三维重建的手术辅助方法供医学手术所使用，通过对手术器械加设信号发生器的方式来辅助手术患者病灶位置三维影像数据的实时更新，主刀医生可通过此种方式实时的观测自己操作的手术器械，进而以此更进一步的辅助主刀医生的施刀更加精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统的结构示意图；

图2为一种基于医学影像三维重建的手术辅助方法的流程示意图；

图中的标号分别代表：1、控制终端；2、采集模块；21、热感应扫描模组；22、微型摄像头模组；3、输入模块；31、识别截取单元；4、输出模块；5、连接模块；6、输出模块；61、储存单元；62、比对单元；7、输出设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统，参照图1：包括：

控制终端1，是系统的主控端，用于发出执行命令；

采集模块2，用于采集手术创面影像数据；

输入模块3，用于输入系统手术患者就诊期间所有医学设备所拍摄的影像数据；

生成模块4，用于接收识别截取单元31影像数据生成手术患者病灶手术位置三维雏体模型；用于接收采集模块2子模块的各影像数据合成三维现实模型不完整体；

逻辑模块5，用于接收生成模块4中产生的三维雏体模型及三维现实模型不完整体，对二者进行影像数据大小、视角、偏转角的匹配；

输出模块6，用于获取逻辑模块5匹配结构，对三维雏体模型及三维现实模型不完整体进行模型重叠、缺失替补；

输出设备7，用于接收输出模块6输出三维模型影像数据进行实时影像投放。

在本实施例使用时，控制终端1控制集模块2采集手术创面影像数据，而后使用输入模块3输入系统手术患者就诊期间所有医学设备所拍摄的影像数据，再由生成模块4接收识别截取单元31影像数据生成手术患者病灶手术位置三维雏体模型并同步的接收采集模块2子模块的各影像数据合成三维现实模型不完整体，而后逻辑模块5后置运行，接收生成模块4中产生的三维雏体模型及三维现实模型不完整体，对二者进行影像数据大小、视角、偏转角的匹配，最后通过输出模块6获取逻辑模块5匹配结构，对三维雏体模型及三维现实模型不完整体进行模型重叠、缺失替补，输出设备7接收输出模块6输出三维模型影像数据进行实时影像投放供主导医生观看。

实施例2

在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中医学影像三维重建的手术辅助系统做进一步具体说明：采集模块2中设置有子模块，包括：

热感应扫描模组21，用于采集手术创面皮下及相邻组织层影像数据；

微型摄像头模组22，用于采集手术创面所有可视角度的影像数据。

如图1所示，输入模块3中设置有子模块，包括：

识别截取单元31，用于识别输入模块3中输入系统的所有手术患者就诊期间所有医学设备所拍摄的影像数据；用于对手术患者对应影像数据中病灶位置影像数据部分进行截取。

如图1所示，输出模块6中设置有子模块，包括：

储存单元61，用于储存手术患者当前手术中实时输出的三维模型影像数据。

如图1所示，输出模块6中还包括以下子模块：

比对单元62，用于比对储存单元61中储存的三维模型影像数据，使用相似度最高的三维模型影像数据作为输出内容通过输出模块6为数据传输途径提供至逻辑模块5。

如图1所示，比对单元62运行时输入模块3及其子模块不参与系统运行，由比对单元62与采集模块2中产生三维运行数据提供生成模块4运行所需数据条件。

实施例3

在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2所示对实施例1中医学影像三维重建的手术辅助系统做进一步具体说明：

一种基于医学影像三维重建的手术辅助方法，包括以下步骤：

Step1：获取手术患者相关就诊影采集像数据，分析患者就诊采集影像数据病灶位置区域影像数据；

Step2：判定当前手术患者状态，选择三维模型生成逻辑对手术患者进行三维模型影像数据的建立及实时投影；

Step3：设定手术患者病灶卷积层数据储存库，在手术患者进行手术前进行校验与配对；

Step4：对患者病灶军机处数据储存库中数据进行周期至更迭消减；

Step5：对手术器械进行内置信号发生器的安装，在手术过程中所用手术器械通过内置信号发生器生成器械三维模型同步输入至患者病灶处的三维模型影像数据中。

如图2所示，步骤Step1中对于患者就诊采集的运行数据病灶位置区域影像数据的分析涵括范围为病灶及病灶边界位置的一厘米处。

如图2所示，步骤Step3中对于手术患者病灶卷积层数据储存库的校验与配对执行后，无论是否存在配对结果皆跳转至步骤Step4继续执行。

其中，热感应扫描模组21所采集手术创面皮下及相邻组织层影像数据时，通过如下数据进行影像数据层次叠层空间的计算：

其中，f表示为影像数据层次叠层空间激活函数；

θ表示神经元的激活阈值；

x表示每个神经元将所有前驱神经元的输出值；

w对应的可学习的参数；

n表示运算次数；

i表示当前运算影像数据所处层；

y表示为影像数据层次叠层坐标

综上而言，本发明提供一种基于医学影像三维重建的手术辅助系统供医学手术所使用，通过该系统能够多途径的采集影像数据来进行三维模型的建立，而后输出，无论是三维影像的精度还是影像数据的更迭效率都较现有技术更佳，从而以此大大的降低了手术的风险，为主刀医生带来了更多的便利与效率；且本发明中系统适用于大型器官手术，能够好的适应就诊手术患者、二次手术患者，以及急救手术患者，为上述三者均能够带来精确的三维影像数据；并且本发明提供一种基于医学影像三维重建的手术辅助方法供医学手术所使用，通过对手术器械加设信号发生器的方式来辅助手术患者病灶位置三维影像数据的实时更新，主刀医生可通过此种方式实时的观测自己操作的手术器械，进而以此更进一步的辅助主刀医生的施刀更加精准。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。