一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统技术方案

本发明专利技术公开了一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，该系统包括3D建模模块、术前规划模块、个性化设计模块、术前XR练习模块以及3D打印模块。本发明专利技术是结合3D打印技术和XR技术提供精准手术全方案，提供一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，能够让医生在术前模拟操作精准手术方案，同时3D打印的手术辅助器材能够在术中起了引导作用，加上匹配的3D打印植入物医疗器械，从而能够在临床上精准的实施术前规划的手术方案。实施术前规划的手术方案。实施术前规划的手术方案。

【技术实现步骤摘要】
一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统


[0001]本专利技术涉及数字化医学以及计算机辅助外科领域，具体涉及一种结合3D打印和XR(ExtendedReality)技术的精准手术辅助系统。

技术介绍

[0002]传统的骨科手术方式，无法达到百分百的精准要求，有时会有误差,尤其是事先不知道那些手术会有误差。
[0003]目前3D打印技术已常用于提供骨科精准手术解决方案，而XR技术在骨科领域还没有广泛使用，两者结合更是少见。目前提高骨科手术精准性有3D打印技术的个性化手术方案，包括3D打印骨骼模型，3D打印个性化定位器/导板、假体等等。虽然3D打印技术提供的器械和设备可以提高手术精准性，可是再好的设备如果没有掌握很好的临床操作技术，也无法充分发挥它的优势，尤其是复杂的病例、复杂的手术步骤。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，本专利技术是结合3D打印技术和XR技术提供精准手术全方案，提供一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，能够让医生在术前模拟操作精准手术方案，同时3D打印的手术辅助器材能够在术中起了引导作用，加上匹配的3D打印植入物医疗器械，从而真正能够在临床上精准的实施术前规划的手术方案。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，包括：
[0007]3D建模模块，基于患者的身体区段的二维射线扫描图像构建一个与所述身体区段治疗相关的3D模型；
[0008]术前规划模块，用于为患者制定若干模拟手术方案动画，基于模拟手术方案动画预览术后的效果为医生所满意的那一模拟手术方案动画来作为模拟练习手术方案；
[0009]个性化设计模块，用于根据术前规划模块所制定的手术方案来设计相应的手术辅助器材和/或医疗器械；
[0010]术前XR练习模块，用于构建虚拟手术环境，以让医生结合所述个性化设计模块所设计出的手术辅助器材和/或医疗器械来虚拟练习术前规划模块所得的模拟练习手术方案；
[0011]3D打印模块，用于打印3D建模模块所构建的3D模型以及个性化设计模块所设计出的手术辅助器材和/或医疗器械。所打印出来的手术辅助器材和/或医疗器械还用于实际手术操作中。
[0012]由于本系统设置有术前规划模块，基于手术前规划创建3D手术前动画，医生根据3D手术前动画的预览效果来更改不同的手术方案直至预览术后的效果直到外科医生满意为止，从而制定精准手术方案，在术前XR练习模块中，医生基于该精准手术方案进行模拟操作训练，以便于在操作过程中发现自己的错误和不足，从而能够提高实际手术操作时的精
准性。同时，在虚拟练习过程中，结合个性化设计模块所设计出的手术辅助器材和/或医疗器械来虚拟练习3D术前规划模块所得到模拟练习手术方案，能够进一步提高临床实际手术操作精准度。
[0013]为上述结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统的优选，该系统还包括：
[0014]手术中模块，用于将所打印出来的手术辅助器材和/或医疗器械应用于实际手术操作；在术中，3D打印的手术辅助器材，比如个性化导板起引导作用，3D打印的植入物医疗器械，为患者提供更匹配的假体，从而能够更进一步地提高实际手术操作的精准性；
[0015]作为上述结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统的优选，该系统还包括：
[0016]术后元宇宙培训模块，用于通过元宇宙平台提供可重复、无限培训的虚拟手术环境；所述术后元宇宙培训模块存储有医生在术前XR练习模块所虚拟练习的手术案例和医生回顾性的手术案例。医疗元宇宙是虚拟技术结合大数据、云计算、人工智能、5G等技术在医疗领域的平台。通过医生在术中的手术案例的视频，允许外科医生和其他人审查和讨论整个手术的优点和缺点，复盘后，如有必要，优化整个虚拟手术流程后，添加到医疗元宇宙的虚拟手术培训/练习库。
[0017]进一步地，所述术前XR练习模块用于构建虚拟手术环境；
[0018]所述术前XR练习模块还用于将3D术前规划模块所制定的模拟手术方案动画导入至虚拟手术环境中，以形成一个完整的精准手术模拟脚本；
[0019]所述术前XR练习模块还用于将所述手术模拟脚本导入Unity中，通过虚拟技术设备实现虚拟现实交互。
[0020]进一步地，所述3D模型为3D骨骼模型。
[0021]进一步地，所述通过虚拟技术设备实现虚拟现实交互包括通过使用XR设备包括头戴式显示设备和操作手柄将精准模拟手术方案单元的模拟手术方案呈现给医生进行练习。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0023]由于本系统设置有术前规划模块，基于手术前规划创建3D手术前动画，医生根据3D手术前动画的预览效果来更改不同的手术方案直至预览术后的效果直到外科医生满意为止，从而制定精准手术方案，在术前XR练习模块中，医生基于该精准手术方案进行模拟操作训练，以便于在操作过程中发现自己的错误和不足，从而能够提高实际手术操作时的精准性。同时3D打印个性化定位器/导板在术中起了引导作用，3D打印个性化植入物给患者提供更匹配的假体，从而能够更进一步地提高实际手术操作的精准性。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统的组成示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例中术前规划模块的多个示例性部分；
[0026]图3为本专利技术实施例中个性化模块的多个示例性部分；
[0027]图4为本专利技术实施例中3D打印模块的多个示例性部分。
具体实施方式
[0028]实施例：
[0029]本实施例提供的结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统为临床医生提供了先进的工具，可用于提供个性化的精确手术解决方案。图1中的结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统100包括3D建模模块110、术前规划模块120、个性化设计模块130、用于打印实物模型的3D打印模块140、用于手术前练习的术前XR练习模块150，手术中模块160和用于手术后训练的元宇宙培训模块170。XR是所有通过计算机生成的虚拟“现实”环境的总称，技术包括但不限于VR、AR、MR等。
[0030]3D建模模块110是使用AI技术把常规的二维平面CT图片构建成为一个立体的3D模型。除非另有说明，否则在此专利中使用术语“3D模型”是指骨骼结构的3D数字模型、计算机模型或虚拟模型。出于此目的，该系统基于患者的医学影像图片(CT/MR)自动地分割和标记3D模型。在此“分割(segmenting)”意思是通过对3D模型的感兴趣区域(ROI)进行勾画或描画轮廓来将2D图像划分成不同区域的过程。“标记(labeling)”意思是标记所勾画的形成3D模型的结构的不同部分的区域。这里有用于本专利技术目的多种不同的分割算法，包括例如阈值化、区域生长法、聚类算法、边缘检测和基于模型的分割。通过使用不同优化技术的连通区域分析(connect本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，其特征在于，包括：3D建模模块，基于患者的身体区段的射线扫描图像构建一个与所述身体区段治疗相关的3D模型；术前规划模块，用于为患者制定若干模拟手术方案动画，基于模拟手术方案动画预览术后的效果为医生所满意的那一模拟手术方案动画来作为模拟练习手术方案；个性化设计模块，用于根据术前规划模块所制定的手术方案来设计相应的手术辅助器材和/或医疗器械；术前XR练习模块，用于构建虚拟手术环境，以让医生结合所述个性化设计模块所设计出的手术辅助器材和/或医疗器械来虚拟练习3D术前规划模块所得到模拟练习手术方案；3D打印模块，用于打印3D建模模块所构建的3D模型以及个性化设计模块所设计出的手术辅助器材和/或医疗器械；所打印出来的手术辅助器材和/或医疗器械还用于实际手术操作中。2.如权利要求1所述的结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，其特征在于，还包括：手术中模块，用于将所打印出来的手术辅助器材和/或医疗器械应用于实际手术操作中。3.如权利要求1所述的结合3D打印和XR技术的精准手术辅助系统，其特征在于，所述手术辅助器材为定位器或导板，以起引导作用。4.如权利要求1所述的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：林淑玉，刘效仿，
申请(专利权)人：辰星医疗科技佛山有限公司，
类型：发明
国别省市：