[发明专利]基于CT影像的盆腔手术视觉导航仿真视频的制备方法

说明书

本发明提供一种基于CT影像的盆腔手术视觉导航仿真视频的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1：对患者术前CT扫描所得DICOM数据的骨盆分割及三维重建，提供骨盆三维模型的可视化；步骤S2：获取手术中的视频，形成具有真实纹理的三维模型；步骤S3：对内窥镜进行标定；按内窥镜各参数计算投影矩阵与畸变映射，创建虚拟内窥镜，按3D图像渲染引擎机制显示三维模型，使得模型在近裁剪平面的成像与实际内窥镜成像相同；步骤S4：根据内窥镜与三维模型的相对位置关系，录制一段手术仿真视频，以来验证内窥镜的跟踪算法在微创手术仿真视频的准确性。通过该套视频可以验证各种内窥镜的跟踪算法在微创手术过程的准确性。

技术领域

本发明涉及计算机技术仿真领域，具体是一种基于CT影像的盆腔手术视觉导航仿真视频的制备方法。

背景技术

微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快，逐渐已经取代传统的开放式手术。在盆腔微创手术过程中，医生是通过内窥镜获取的实时视频来获取即时视觉信息，从而引导手术的推进。由于微创手术缺乏触觉反馈，而且内窥镜提供的只是表面的二维信息，不能显示位于暴露的器官表面下的解剖结构和手术目标。医生往往需要回顾并参考复杂的人体解剖学结构,结合大脑中记忆的术前拟定的手术方案路径,并借助内窥镜捕获的实时画面来寻找定位手术的目标,从而引导手术的开展.这对医生丰富的经验和手术器械的精确掌控提出更大要求和挑战。因此，需要更多形式的可视化技术来引导开展了安全有效的手术。内窥镜增强现实是一种能够将重建的三维模型与手术实时画面相结合来增强术中可视化的研究热点技术。

研究增强现实技术难点在于对相机轨迹的跟踪，跟踪算法的准确性对增强现实的效果影响很大。然而，由于微创手术过程中内窥镜真实轨迹很难获取，跟踪算法无法验证在手术过程中跟踪的准确性，故急需一种方法能够验证其算法的准确性。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于CT影像的盆腔手术视觉导航仿真视频的制备方法。提供一套与实际内窥镜成像原理相同、包含手术真实场景画面的视频，且能获得内窥镜真实轨迹，用来验证视觉定位算法的准确性，方便研究人员进行新算法在微创手术过程的测试。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于CT影像的盆腔手术视觉导航仿真视频的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1：对患者术前CT扫描所得DICOM数据的骨盆分割及三维重建，提供骨盆三维模型的可视化；步骤S2：获取手术中的视频，截取出含有骨盆区域和病灶区域的手术画面作为纹理，通过UV展开对模型进行纹理贴图，形成具有真实纹理的三维模型；步骤S3：对内窥镜进行标定，获取相机的内参数矩阵、畸变矩阵以及图像分辨率的长宽；按内窥镜各参数计算投影矩阵与畸变映射，创建虚拟内窥镜，按3D图像渲染引擎机制显示三维模型，使得模型在近裁剪平面的成像与实际内窥镜成像相同；步骤S4：内窥镜移动的真实轨迹是已知的；根据内窥镜与三维模型的相对位置关系，录制一段手术仿真视频，以来验证内窥镜的跟踪算法在微创手术仿真视频的准确性。

在本发明一实施例中，步骤S2中包括以下步骤：将重建的三维模型分割成成前表面，后表面，内侧面和外侧面，以及病灶区域，按UV展开成二维平面，因此重建的三维模型每个顶点都有相对应UV参数值，将手术画面按UV展开图分割相对应的区域作为纹理，然后使用OpenGL 将纹理贴上，形成具有真实纹理的三维模型。