本发明涉及医学信息处理，更具体地说，本发明涉及一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统。
背景技术：
1、单孔腹腔镜是一种用于进行子宫肌瘤剥除的微创手术，通过脐部切口将镜头和手术工具插入腹腔中，从而减少了术后的疤痕和恢复时间，对于巨大子宫肌瘤而言，子宫肌瘤的体积越大，离脐部越近，脐部单孔腹腔镜切口相较于普通的腹腔镜切口稍大，通过脐部切口来打开腹壁，在脐部切口处放置保护套，把子宫肌瘤最突出的部位从脐部取出来，再利用腹腔镜电凝刀切开肌瘤表面，能以“削苹果式”切除部分子宫肌瘤，再剥除子宫肌瘤瘤核，比普通的腹腔镜手术安全性更高，操作时间更短，这种手术方式适用于肌瘤数目少，位于子宫前壁或宫底的巨大子宫肌瘤，为了能够创造出良好的手术操作条件，手术中镜头不能太过接近术区，能量器械产生的烟雾不吸引时会严重影响视野，术中尽量减少使用单极电凝刀，助手可以应用举宫器协同暴露手术视野，术者要尽可能采用单把器械，避免各种器械发生碰撞，减少器械打架效应，当肌瘤较大时，需要放置多通道的port，能更清晰的暴露手术视野，减少器械间的相互干扰。在处理巨大的子宫肌瘤时，脐部单孔腹腔镜手术，器械的位置受限，操作空间有限，容易造成手术视野受限、器械之间的碰撞及术中出血等问题，如何分析和处理传感器和图像采集设备传输过来的传感器数据和图像数据，获取能够有利于提醒术者在手术中保持良好的视野，减少器械间的碰撞，控制术中出血，提高手术的精确性和安全性的数据，是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，结合腹腔镜摄像头和传感器监测手术数据，通过出血风险分析公式实时评估术中出血风险，利用轨迹分析模块预测器械动作，结合碰撞分析提供出血风险预警，数据输出显示模块将信息呈现在手术视野上，帮助术者全面了解手术情况，提高手术的安全性和精确性。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，包括腹腔镜摄像头、加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器、数据采集模块、轨迹分析模块、碰撞分析模块和数据输出显示模块，腹腔镜摄像头用于获取手术区域时的实时图像，加速度传感器和陀螺仪传感器均位于腹腔镜电凝刀的手柄上，分别用于测量腹腔镜电凝刀在各个轴上的加速度和角速度，深度传感器位于单孔腹腔镜工作头部，用于测量腹腔镜电凝刀与组织之间的距离、单孔腹腔镜与腹腔镜电凝刀之间的距离，数据采集模块用于实时采集腹腔镜摄像头传过来的图像数据和加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器传来的实时数据，并对数据进行预处理，轨迹分析模块利用数据采集模块采集的三个轴上的加速度数据实时分析姿态角度、倾斜角度及旋转角度，并对三个轴上的加速度数据进行一次积分和二次积分，分别实时获取腹腔镜电凝刀的线速度重构轨迹和位置重构轨迹，碰撞分析模块利用数据采集模块采集的腹腔镜电凝刀在三个轴上的角速度，与该时刻线速度的比值作为腹腔镜电凝刀的旋转曲率，结合数据采集模块采集的腹腔镜电凝刀与组织之间的距离、数据采集模块的腹腔镜手术区域的实时图像，通过预设的出血风险分析公式实时评估腹腔镜电凝刀碰撞组织引起的出血风险，同时根据出血风险分析算法公式获取的数据实时显示并预测提示腹腔镜电凝刀动作趋势轨迹，预警提示腹腔镜电凝刀动作趋势的出现风险，并将评估的风险数据传输给数据输出显示模块，数据输出显示模块用于显示腹腔镜摄像头、加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器、数据采集模块、轨迹分析模块、碰撞分模块的数据，同时在手术视野上显示腹腔镜电凝刀动作趋势轨迹，及腹腔镜电凝刀动作趋势的出血风险预警。
4、作为本发明进一步的方案，在轨迹分析模块中，姿态角度为腹腔镜电凝刀在水平面上的旋转角度，为加速度传感器测得的y加速度分量与x加速度分量、z轴加速度分量平方和的算术平方根之比的反正切值，姿态角度公式为：
5、
6、式中：az为腹腔镜电凝刀的姿态角度，ax、ay、az分别为加速度传感器测得的x轴加速度分量、y轴加速度分量、z轴加速度分量。
7、作为本发明进一步的方案，在轨迹分析模块中，倾斜角度为腹腔镜电凝刀在垂直方向上的倾斜角度，为加速度传感器测得的x加速度分量与y加速度分量、z轴加速度分量平方和的算术平方根之比的反正切值，倾斜角度公式为：
8、
9、式中：az为腹腔镜电凝刀的倾斜角度。
10、作为本发明进一步的方案，在轨迹分析模块中，旋转角度为陀螺仪传感器测得的俯仰方向上的加速度与横滚方向上加速度、偏航方向上加速度平方和的算术平方根，旋转角度公式为：
11、
12、式中：ar为腹腔镜电凝刀的旋转角度，apitch、aroll、ayaw分别为陀螺仪传感器测得的俯仰加速度、横滚加速度和偏航加速度，其中，俯仰方向运动为腹腔镜电凝刀绕横向轴的旋转运动，横滚方向运动为腹腔镜电凝刀绕纵向轴的旋转运动，偏航方向运动为腹腔镜电凝刀绕垂直轴的旋转运动。
13、作为本发明进一步的方案，在轨迹分析模块中，利用加速度数据的一次积分操作得到线速度，用于显示腹腔镜电凝刀在不同时间点的线速度，加速度一次积分的公式为：
14、v(t)＝∫a(t)dt
15、式中：v(t)为t时刻的腹腔镜电凝刀线速度，t为当前的时间点，a(t)为当前时刻的合加速度，ax(t)、ay(t)、az(t)分别为x轴、y轴、z轴上t时刻的腹腔镜电凝刀的分加速度。
16、作为本发明进一步的方案，在轨迹分析模块中，利用加速度数据的二重积分操作得到腹腔镜电凝刀在不同时间点的位置轨迹，加速度二次积分的公式为：
17、s(t)＝∫∫a(t)dt2
18、式中：s(t)为t时刻的腹腔镜电凝刀位移，此时的位移为x轴、y轴和z轴的合位移，其中sx(t)、sy(t)、sz(t)分别为腹腔镜电凝刀在x轴、y轴、z轴上的分位移。
19、作为本发明进一步的方案，数据输出显示模块将t时刻的腹腔镜电凝刀线速度v(t)以二维曲线的形式进行显示，结合腹腔镜电凝刀的初始设定位置和t时刻的腹腔镜电凝刀位移、各个坐标轴的分位移数据将腹腔镜电凝刀的三维位置轨迹显示在手术视野的三维图像上，并用虚线显示出腹腔镜电凝刀的三维位置轨迹。
20、作为本发明进一步的方案，碰撞分析模块中，旋转曲率的公式为：
21、
22、式中：croad为腹腔镜电凝刀的旋转曲率，v为腹腔镜电凝刀的线速度。
23、作为本发明进一步的方案，碰撞分析模块中，预设的出血风险分析公式通过把旋转曲率进行指数扩大后，再加上腹腔镜电凝刀与组织之间最小距离的平方，将获得的数值进行sigmoid函数平滑化，再将平滑的数值加上出血面积占手术视野的面积比，以获得出血风险分析值，出血风险分析公式为：
24、
25、式中：rb为出血风险分析值，sigmoid()为sigmoid函数，用于将括号内的数值映射到0到1之间的数值范围内，平滑化分析结果，da为腹腔镜电凝刀与组织之间的最小距离，rba为腹腔镜镜头获得的手术视野图像中通过图像分析技术获得的出血面积占整个手术视野的面积比，α、β、γ为根据经验设定的调节参数，用于调节ar和da对手术出血风险的影响程度，rb根据设定的阈值范围分为高风险、中风险和低风险，rb的风险等级设定阈值范围根据历史数据经过数值分析获得。
26、在切除肌瘤组织过程中，采用“一长一短”的器械间相互配合，带蒂浆膜下的肌瘤应先电凝，蒂部相对细长的则采用双极电凝法，蒂部相对粗大的则采用缝线止血，肌壁间肌瘤和不带蒂浆膜下的肌瘤，需要首先注入6u垂体后叶素/20毫升0.9％氯化钠溶液后，再将其完全剥离，这样可以收缩血管，减少出血，过度电凝会使血管收缩，从而增加了止血的难度，因此最好在一次电凝中完成止血，在缝合创面的时候，最好是将针头放在镜头前面，这样在夹针头的时候就不用再去调节镜头和操作器械之间的位置了，可以缩短手术的时长为了更有效地剥除子宫肌瘤，术中应当精确地切除瘤核，并且将瘤腔采用双层连续缝合的方法完整地缝合，将子宫肌层与浆膜层紧密结合，降低术后患者怀孕时子宫破裂的风险。
27、根据上述的描述，对α、β、γ的具体数值设定为以下四种方案：
28、带蒂浆膜下的肌瘤：这种情况下，电凝是首选的止血方法，但过度电凝会使血管收缩，增加止血难度。因此，希望在一次电凝中完成止血，而不是过度电凝。同时，这种肌瘤可能需要更多的凝血时间，因此γ值应该较高，以减少出血风险，此时α＝0.02,β＝2,γ＝0.15。
29、蒂部相对细长的肌瘤：这种情况下，双极电凝法是较为合适的止血方法。因为蒂部较细，需要更精准的止血控制。因此，希望α值较低，以降低da对出血风险的影响，此时α＝0.01,β＝1.5,γ＝0.1。
30、蒂部相对粗大的肌瘤：在这种情况下，采用缝线止血是更有效的方法，因为蒂部较粗，电凝无法完全止血。所以，希望γ值较高，以降低出血风险，此时，α＝0.03,β＝2.5,γ＝0.2。
31、肌壁间肌瘤和不带蒂浆膜下的肌瘤：这种情况下，由于没有明显的蒂部，电凝不够有效。因此，需要首先注入药物以收缩血管，并采用更多手术技巧来控制出血。这里希望α和γ值较高，以降低距离和出血面积对出血风险的影响，α＝0.025,β＝2,γ＝0.2。
32、作为本发明进一步的方案，数据输出显示模块显示出的腹腔镜电凝刀三维位置轨迹在rb的风险等级为高风险、中风险和低风险时，分别显示为红色、黄色和绿色。
33、相比于现有技术，本发明的技术效果和优点：本发明通过腹腔镜摄像头、加速度传感器、陀螺仪传感器和深度传感器实时监测手术过程中的各项数据，使术者能够全面了解手术情况，利用收集到的数据，结合预设的出血风险分析公式，实时评估腹腔镜电凝刀碰撞组织引起的出血风险，帮助术者及时采取措施，减少术中出血的风险，通过轨迹分析模块对腹腔镜电凝刀的轨迹进行实时分析，预测腹腔镜电凝刀的动作趋势，同时结合碰撞分析，提供动作趋势的出血风险预警，帮助术者更好地控制腹腔镜电凝刀的运动，避免意外碰撞和出血风险，通过数据输出显示模块将实时收集到的数据以及预测的风险提示显示在手术视野上，帮助术者直观地了解手术情况，提高手术的精确性和安全性。
1.一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，包括腹腔镜摄像头、加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器、数据采集模块、轨迹分析模块、碰撞分析模块和数据输出显示模块，腹腔镜摄像头用于获取手术区域时的实时图像，加速度传感器和陀螺仪传感器均位于腹腔镜电凝刀的手柄上，分别用于测量腹腔镜电凝刀在各个轴上的加速度和角速度，深度传感器位于单孔腹腔镜工作头部，用于测量腹腔镜电凝刀与组织之间的距离、单孔腹腔镜与腹腔镜电凝刀之间的距离，数据采集模块用于实时采集腹腔镜摄像头传过来的图像数据和加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器传来的实时数据，并对数据进行预处理，轨迹分析模块利用数据采集模块采集的三个轴上的加速度数据实时分析姿态角度、倾斜角度及旋转角度，并对三个轴上的加速度数据进行一次积分和二次积分，分别实时获取腹腔镜电凝刀的线速度重构轨迹和位置重构轨迹，碰撞分析模块利用数据采集模块采集的腹腔镜电凝刀在三个轴上的角速度，与该时刻线速度的比值作为腹腔镜电凝刀的旋转曲率，结合数据采集模块采集的腹腔镜电凝刀与组织之间的距离、数据采集模块的腹腔镜手术区域的实时图像，通过预设的出血风险分析公式实时评估腹腔镜电凝刀碰撞组织引起的出血风险，同时根据出血风险分析算法公式获取的数据实时显示并预测提示腹腔镜电凝刀动作趋势轨迹，预警提示腹腔镜电凝刀动作趋势的出现风险，并将评估的风险数据传输给数据输出显示模块，数据输出显示模块用于显示腹腔镜摄像头、加速度传感器、陀螺仪传感器、深度传感器、数据采集模块、轨迹分析模块、碰撞分模块的数据，同时在手术视野上显示腹腔镜电凝刀动作趋势轨迹，及腹腔镜电凝刀动作趋势的出血风险预警。
2.根据权利要求1所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，在轨迹分析模块中，姿态角度为腹腔镜电凝刀在水平面上的旋转角度，为加速度传感器测得的y加速度分量与x加速度分量、z轴加速度分量平方和的算术平方根之比的反正切值，姿态角度公式为：
3.根据权利要求1所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，在轨迹分析模块中，倾斜角度为腹腔镜电凝刀在垂直方向上的倾斜角度，为加速度传感器测得的x加速度分量与y加速度分量、z轴加速度分量平方和的算术平方根之比的反正切值，倾斜角度公式为：
4.根据权利要求1所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，在轨迹分析模块中，旋转角度为陀螺仪传感器测得的俯仰方向上的加速度与横滚方向上加速度、偏航方向上加速度平方和的算术平方根，旋转角度公式为：
5.根据权利要求4所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，在轨迹分析模块中，利用加速度数据的一次积分操作得到线速度，用于显示腹腔镜电凝刀在不同时间点的线速度，加速度一次积分的公式为：
6.根据权利要求5所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，在轨迹分析模块中，利用加速度数据的二次积分操作得到腹腔镜电凝刀在不同时间点的位置轨迹，加速度二次积分的公式为：
7.根据权利要求6所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，数据输出显示模块将t时刻的腹腔镜电凝刀线速度v(t)以二维曲线的形式进行显示，结合腹腔镜电凝刀的初始设定位置和t时刻的腹腔镜电凝刀位移、各个坐标轴的分位移数据将腹腔镜电凝刀的三维位置轨迹显示在手术视野的三维图像上，并用虚线显示出腹腔镜电凝刀的三维位置轨迹。
8.根据权利要求7所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，碰撞分析模块中，旋转曲率的公式为：
9.根据权利要求8所述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，碰撞分析模块中，预设的出血风险分析公式通过把旋转曲率进行指数扩大后，再加上腹腔镜电凝刀与组织之间最小距离的平方，将获得的数值进行sigmoid函数平滑化，再将平滑的数值加上出血面积占手术视野的面积比，以获得出血风险分析值，出血风险分析公式为：
10.权利要求9述的一种用于子宫肌瘤剥除的单孔腹腔镜分析系统，其特征在于，数据输出显示模块显示出的腹腔镜电凝刀三维位置轨迹在rb的风险等级为高风险、中风险和低风险时，分别显示为红色、黄色和绿色。
