本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)，具體為一種婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步，婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)療實(shí)踐中一種重要的治療手段。例如治療輸卵管堵塞、卵巢囊腫、子宮內(nèi)膜異位癥等通過腹壁上的小孔插入腹腔鏡器械，對(duì)腹腔內(nèi)的病變進(jìn)行觀察并進(jìn)行手術(shù)操作。這種手術(shù)方式通過減少創(chuàng)傷、加速患者恢復(fù)并降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，為患者帶來了顯著的臨床效益。然而，由于其操作的復(fù)雜性和精細(xì)性，對(duì)醫(yī)生的手術(shù)技能和經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要求。因此，對(duì)醫(yī)生進(jìn)行系統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練，提高手術(shù)操作的準(zhǔn)確性和熟練度，成為婦產(chǎn)科醫(yī)學(xué)教育的重要課題。

2、在申請(qǐng)公布號(hào)為cn113197665a的中國(guó)發(fā)明申請(qǐng)中，公開了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的微創(chuàng)外科手術(shù)模擬方法、系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、中央控制模塊、三維圖像重建模塊、三維立體圖像生成模塊、立體圖像處理模塊、手術(shù)模擬模塊、警告提醒模塊、效果評(píng)估模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、更新顯示模塊。本發(fā)明利用vr設(shè)備提供的虛擬環(huán)境，讓醫(yī)生在虛擬空間中對(duì)待手術(shù)部位的三維模型進(jìn)行全方位觀察，方便醫(yī)生對(duì)病人病情有充分足夠的了解；利用vr設(shè)備在虛擬空間中進(jìn)行的模擬手術(shù)操作平臺(tái)，方便醫(yī)生在術(shù)前進(jìn)行模擬以實(shí)現(xiàn)更為具體的術(shù)前規(guī)劃。

3、在以上發(fā)明申請(qǐng)中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)手術(shù)進(jìn)行模擬練習(xí)和效果評(píng)估，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃，但在實(shí)際操作中由于不清楚手術(shù)難度，可能需要經(jīng)過多次模擬才能得到最佳手術(shù)方案，本發(fā)明在進(jìn)行模擬手術(shù)前就對(duì)婦產(chǎn)科患者手術(shù)情況進(jìn)行難度評(píng)估，輸出最佳手術(shù)方案，再利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行手術(shù)模擬，醫(yī)生可以更客觀地了解手術(shù)的挑戰(zhàn)和可能的風(fēng)險(xiǎn)，并做出相應(yīng)的準(zhǔn)備，并且通過手術(shù)方案，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)可以更合理規(guī)劃模擬手術(shù)時(shí)間和所需資源，再通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)手術(shù)方案進(jìn)行驗(yàn)證，排除手術(shù)中可能出現(xiàn)的問題，提高手術(shù)效率，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練方法，包括如下步驟：獲取婦產(chǎn)科患者身上相關(guān)的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)以數(shù)字化格式進(jìn)行存儲(chǔ)，構(gòu)建婦產(chǎn)科患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)婦產(chǎn)科患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行預(yù)處理；

6、將處理過的二維圖像通過三維重建轉(zhuǎn)換為三維模型，生成初始的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)初始婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模型優(yōu)化和細(xì)節(jié)添加，獲得精確的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建手術(shù)場(chǎng)景，將精確的婦產(chǎn)科患者解剖模型與場(chǎng)景進(jìn)行融合；

7、獲取婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法生成多個(gè)手術(shù)規(guī)劃方案，并計(jì)算各個(gè)手術(shù)方案的手術(shù)難度系數(shù)nd，依據(jù)手術(shù)難度系數(shù)nd的大小確定最優(yōu)的手術(shù)方案，并將最優(yōu)手術(shù)方案詳細(xì)輸出；

8、建立醫(yī)生與虛擬手術(shù)場(chǎng)景的交互界面，并利用物理引擎算法，實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械對(duì)組織的交互和碰撞效果的仿真，并記錄醫(yī)生在模擬手術(shù)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)；

9、模擬手術(shù)結(jié)束后，通過計(jì)算或圖像處理技術(shù)對(duì)手術(shù)進(jìn)行分析，生成手術(shù)分析報(bào)告，并依據(jù)手術(shù)分析報(bào)告，使用訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)模擬手術(shù)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化。

10、進(jìn)一步的，獲取婦產(chǎn)科患者身上相關(guān)的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，包括：ct掃描、mri圖像及x光片，這些數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行采集，并以數(shù)字化格式進(jìn)行存儲(chǔ)，構(gòu)建婦產(chǎn)科患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程包括去噪、圖像增強(qiáng)和圖像配準(zhǔn)。

11、進(jìn)一步的，使用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)將預(yù)處理之后的圖像中不同的組織結(jié)構(gòu)或器官分割出來，提取出感興趣區(qū)域的二值圖或灰度圖，常用的分割方法有閾值分割、邊緣檢測(cè)和區(qū)域生長(zhǎng)，并將分割得到的二維圖像通過三維重建進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為三維模型，生成初始的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，常用的三維重建方法包括體素化、三角網(wǎng)格和曲面重建。

12、進(jìn)一步的，通過幾何修復(fù)和數(shù)據(jù)平滑技術(shù)來修復(fù)初始婦產(chǎn)科患者解剖模型的缺陷和瑕疵，對(duì)初始婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模型優(yōu)化和細(xì)節(jié)添加，獲得精確的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，細(xì)節(jié)添加指是向模型中添加更多的生理細(xì)節(jié)，如血管、神經(jīng)和組織結(jié)構(gòu)，以使模型更加真實(shí)，貼合實(shí)際；

13、使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建手術(shù)場(chǎng)景，并將精確的婦產(chǎn)科患者解剖模型與場(chǎng)景進(jìn)行融合，其中手術(shù)場(chǎng)景包括手術(shù)臺(tái)和手術(shù)工具。

14、進(jìn)一步的，收集大量手術(shù)案例的數(shù)據(jù)，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取，根據(jù)特征和標(biāo)簽進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練，利用訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，輸入婦產(chǎn)科患者的解剖結(jié)構(gòu)模型，以生成多個(gè)手術(shù)規(guī)劃方案，并計(jì)算進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)所需的手術(shù)步驟數(shù)量bs、手術(shù)步驟復(fù)雜程度fz及手術(shù)時(shí)間sj。

15、進(jìn)一步的，獲取手術(shù)步驟數(shù)量bs、手術(shù)步驟復(fù)雜程度fz及手術(shù)時(shí)間sj，無量綱處理后，關(guān)聯(lián)形成手術(shù)難度系數(shù)nd，其中，手術(shù)難度系數(shù)nd的獲取方式如下：

16、

17、其中，參數(shù)的意義為，0.12≤α≤0.64，0.35≤β≤1.08，且0.5≤α+β≤1.2，α、β為權(quán)重，其具體值由用戶調(diào)整設(shè)置。

18、進(jìn)一步的，將不同的手術(shù)方案的手術(shù)難度系數(shù)nd進(jìn)行比較，依據(jù)手術(shù)難度系數(shù)nd的大小確定最優(yōu)的手術(shù)方案，并將最優(yōu)手術(shù)方案詳細(xì)輸出，最優(yōu)手術(shù)方案中包括手術(shù)步驟、器械選擇和手術(shù)路徑示意圖，以供醫(yī)生參考和執(zhí)行。

19、進(jìn)一步的，通過觸覺反饋頭戴式顯示器(vr頭盔)、手柄控制器及觸覺反饋設(shè)備，建立醫(yī)生與虛擬手術(shù)場(chǎng)景的交互界面，并利用物理引擎算法，實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械對(duì)組織的交互和碰撞效果的仿真，其中，頭戴式顯示器提供沉浸式的三維視覺效果，手柄控制器用于模擬手術(shù)器械的操作，觸覺反饋設(shè)備則能夠讓醫(yī)生感受到虛擬手術(shù)過程中的力度和觸感。

20、進(jìn)一步的，記錄醫(yī)生在模擬手術(shù)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，如操作時(shí)間、準(zhǔn)確性，當(dāng)因操作不當(dāng)而引起組織損傷和出血時(shí)，檢測(cè)醫(yī)生是否及時(shí)做出相應(yīng)的應(yīng)急處理，若沒有及時(shí)做出應(yīng)急處理或者應(yīng)急處理不當(dāng)，則直接判定手術(shù)失敗，結(jié)束手術(shù)。

21、進(jìn)一步的，依據(jù)手術(shù)分析報(bào)告，使用訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)模擬手術(shù)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化，如果手術(shù)失敗，回顧手術(shù)過程中的每個(gè)步驟和環(huán)節(jié)，包括麻醉操作、手術(shù)操作、器械使用及傷口處理，分析出手術(shù)失敗原因，并演示正確的技術(shù)和步驟，若手術(shù)成功，則向醫(yī)生輸出手術(shù)優(yōu)化建議。

22、一種婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，包括：

23、數(shù)據(jù)處理模塊，獲取婦產(chǎn)科患者身上相關(guān)的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)以數(shù)字化格式進(jìn)行存儲(chǔ)，構(gòu)建婦產(chǎn)科患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)婦產(chǎn)科患者醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行預(yù)處理；

24、模型構(gòu)建模塊，將處理過的二維圖像通過三維重建轉(zhuǎn)換為三維模型，生成初始的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)初始婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模型優(yōu)化和細(xì)節(jié)添加，獲得精確的婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建手術(shù)場(chǎng)景，將精確的婦產(chǎn)科患者解剖模型與場(chǎng)景進(jìn)行融合；

25、手術(shù)規(guī)劃模塊，獲取婦產(chǎn)科患者解剖結(jié)構(gòu)模型，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法生成多個(gè)手術(shù)規(guī)劃方案，并計(jì)算各個(gè)手術(shù)方案的手術(shù)難度系數(shù)nd，依據(jù)手術(shù)難度系數(shù)nd的大小確定最優(yōu)的手術(shù)方案，并將最優(yōu)手術(shù)方案詳細(xì)輸出；

26、仿真模擬模塊，建立醫(yī)生與虛擬手術(shù)場(chǎng)景的交互界面，并利用物理引擎算法，實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械對(duì)組織的交互和碰撞效果的仿真，并記錄醫(yī)生在模擬手術(shù)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)；

27、評(píng)估教學(xué)模塊，模擬手術(shù)結(jié)束后，通過計(jì)算或圖像處理技術(shù)對(duì)手術(shù)進(jìn)行分析，生成手術(shù)分析報(bào)告，并依據(jù)手術(shù)分析報(bào)告，使用訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)模擬手術(shù)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化。

28、(三)有益效果

29、本發(fā)明提供了一種婦產(chǎn)科微創(chuàng)手術(shù)模擬訓(xùn)練方法及系統(tǒng)，具備以下有益效果：

30、1、通過將婦產(chǎn)科患者的解剖模型與手術(shù)場(chǎng)景進(jìn)行融合，醫(yī)生可以實(shí)時(shí)觀察到婦產(chǎn)科患者的解剖結(jié)構(gòu)，包括血管、神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)的位置和分布情況，這有助于醫(yī)生更準(zhǔn)確地進(jìn)行手術(shù)操作，避免誤傷重要結(jié)構(gòu)。

31、2、通過使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算分析得到手術(shù)難度系數(shù)nd，并依據(jù)手術(shù)難度系數(shù)nd的大小對(duì)手術(shù)方案的操作難度形成評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)手術(shù)方案，可以預(yù)先確定手術(shù)路徑和操作流程，找出可能存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并制定相應(yīng)的手術(shù)計(jì)劃，這可以減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)的安全性。

32、3、模擬手術(shù)結(jié)束后，通過計(jì)算或圖像處理技術(shù)對(duì)手術(shù)進(jìn)行分析，生成手術(shù)分析報(bào)告，并依據(jù)手術(shù)分析報(bào)告，使用訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)模擬手術(shù)進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化，可以識(shí)別并改進(jìn)手術(shù)過程中可能存在的問題，幫助醫(yī)生學(xué)習(xí)手術(shù)技巧和操作流程，提高技能水平，從提高手術(shù)效率和婦產(chǎn)科患者滿意度。