一种颅缝早闭手术模拟系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种颅缝早闭手术模拟系统及其方法，包括：操作台主体及立体颅骨模型；所述操作台主体上部设置有模型固定装置，所述立体颅骨模型与所述模型固定装置连接；所述立体颅骨模型的内部设有模拟手术层，所述模拟手术层由外往内依次由模拟骨质层、模拟出血点层及模拟力反馈层组成，所述模拟出血点层由循环液体结构组成，所述模拟力反馈层由监测切割点受到的压力大小的微型传感器阵列组成。本发明专利技术提供针对特定病患的个性化的手术规划，使复杂的颅骨重建手术可视化，可以让医生们进行术前规划，进行实物手术预演，并不断调整优化手术方案，使颅骨重塑后更加美观，并降低手术风险。

A surgical simulation system for craniofacial premature closure and its method

The invention discloses a surgical simulation system for cranial suture premature closure and a method thereof, including: a manipulator body and a stereoscopic skull model; a model fixing device is arranged on the upper part of the manipulator body; the stereoscopic skull model is connected with the model fixing device; and the interior of the stereoscopic skull model is provided with a simulated operation layer; and The simulated operation layer is composed of simulated bone layer, simulated bleeding point layer and simulated force feedback layer from outside to inside. The simulated bleeding point layer is composed of circulating liquid structure. The simulated force feedback layer is composed of a micro sensor array to monitor the pressure on the cutting point. The invention provides individualized surgical planning for a specific patient, visualizes complex skull reconstruction operations, allows doctors to make preoperative planning, perform bio-surgical preview, and continuously adjust and optimize the surgical program to make the skull more beautiful after remodeling, and reduces the surgical risk.

【技术实现步骤摘要】
一种颅缝早闭手术模拟系统及其方法
本专利技术涉及手术模拟
，特别涉及一种颅缝早闭手术方模拟系统及其方法。
技术介绍
颅缝早闭症，是不同部位的颅缝过早闭合，导致颅骨生长发生改变，影响了头颅和脑的正常发育，从而产生的一组疾病的统称。在某些病例中，颅腔有足够空间适应脑部发育，但是会造成头颅畸形和面部特征异常。在另外一些病例中，颅腔狭小不能适应脑部正常发育，会导致颅内压增高，造成视力缺陷、睡眠障碍、吞咽困难或智力发育障碍和智力低下等。对于所有类型的颅缝早闭而言，目前手术是治疗的唯一办法，通过手术介入，医生力求规范颅骨的形状从而使颅顶正常发育。如果颅缝早闭不加以治疗，头颅畸形将逐步恶化，患者的外貌和正常功能将受到极大影响。目前的手术治疗方案主要有颅缝再造手术或颅骨部分切除减压术两种。经过手术治疗，不仅患者的外貌可以恢复正常，而且颅内压增高、视力减弱和精神障碍等均可得到不同程度的改善。手术有两个重要的目的：一是要把患者畸形的颅骨全部拆卸，松解被压迫的大脑；二是对颅骨进行分割，逐个塑成需要的形状，再重新拼接，这个过程就像玩拼图一样。其中，最为关键的技术就是对原有颅骨进行重新设计即分割、切除和拼合从而达到整形和治疗的效果。每一例颅缝早闭症的矫形手术都是独一无二的，但以前进行颅骨矫形手术全靠术中解剖后按实际情况凭经验实施，到底效果如何只能等手术结束，头皮缝合完后才能看出来。当前主要依靠三维CT来判断颅顶畸形的状况，并凭着医生的经验在二维CT片上或纸上设计切割形状和路线，然后在手术过程中根据实际情况进行实地调整切割形状、路线及拼接方式。这种常规的方法存在着很多的问题：有些颅骨重建不一定需要将所有的颅骨进行切割拼接，只对部分颅骨进行切割分离拼接，因此很难在术前做好方案的设计；颅骨重建涉及到三维空间的定位问题，在二维平面上很难完整的考虑到颅骨重建过程中各骨瓣间的三维空间关系；由于缺乏有效手段，手术方案不能有效的转移到手术的实施过程中，对切割下来的骨瓣不能得到最佳的利用，很难得到骨瓣之间准确的拼接关系，因此很难达到术前方案所设计的预期整形结果；由于手术方案在手术过程中不能够充分实施，因此手术过程中无法实现术前方案中所规划的对重要位置及解剖结构的保护；手术过程中不能够做到细致、精确，从而会对颅骨出现过度的切割，对骨瓣带来了很大的损伤不易于术后的愈合，存在出血的可能；手术时间长，对患者的血供、血压、代谢产生影响，增加了手术的不确定因素，加大了手术风险。在手术过程中为了能够精确的实施手术方案必须准确的切割头骨，这就需要对切割位置进行准确定位，由于头颅内部结构复杂，血管神经交错，在切割颅骨时应该谨慎小心，避开重要血管和神经，因此在设计切割路线的时候就应该充分考虑到这些问题。有些医院通过虚拟现实技术，借助计算机技术模拟手术环境，医生通过适当装置对三维虚拟界面进行交互模拟手术，但目前该技术实时性、体验感差，而且系统设计复杂。
技术实现思路
为了解决上述背景中的技术问题，本专利技术中披露了一种颅缝早闭手术模拟系统及其方法。本专利技术的技术方案是这样实施的：本专利技术提供一种颅缝早闭手术模拟系统包括：操作台主体及立体颅骨模型；所述操作台主体上部设置有模型固定装置，所述立体颅骨模型与所述模型固定装置连接；所述立体颅骨模型的内部设有模拟手术层，所述模拟手术层由外往内依次由模拟骨质层、模拟出血点层及模拟力反馈层组成，所述模拟出血点层由循环液体结构组成，所述模拟力反馈层由监测切割点受到的压力大小的微型传感器阵列组成。优选地，所述循环液体结构包括连续U形排列的第一模拟血管和连续U形排列的第二模拟血管，所述第一模拟血管和所述第二模拟血管等间距连续纵横排列形成有多个交点，每个所述交点与所述微型传感器阵列的每个传感器对应设置。优选地，所述循环液体结构设有液体进口与液体出口，所述液体进口与设置在操作台主体内的微型水泵连接，所述液体入口与集液器连接，形成的整体动态循环模型。优选地，还包括与所述操作台主体电性连接的手术器械，所述手术器械为模拟颅骨手术刀，所述模拟颅骨手术刀包括模拟切割反馈单元，所述模拟切割反馈单元用于对所述模拟颅骨手术刀在所述模拟骨质层的切割深度、切割力度以及刀头旋转速进行模拟。优选地，所述模型固定装置为万向转动固定台，所述万向转动固定台上部设置有模型固定卡扣；所述立体颅骨模型由模拟手术层以及支撑主体组成，所述模拟手术层与支撑主体之间可拆连接。优选地，还包括3D打印装置，选用不同颜色、硬度且与患者颅骨组织的弹性模量保持一致的3D打印材料制作所述立体颅骨模型。优选地，还包括数据分析处理单元，所述数据分析处理单元用于接收每个压力传感器的数据信号并依据接收到的数据信号获取切割轨迹数据以及切割压力数据；所述数据分析单元用于接收模拟出血点层的数据信号并依据接收到的数据信号获取出血位置数据；所述数据分析处理单元用于接收所述模拟切割反馈装置的数据信号并依据接收到的数据信号获取所述模拟骨质层的切割深度数据、切割力度数据以及刀头旋转速数据。优选地，还包括控制面板，所述控制面板上设置第一显示装置和第二显示装置，所述第一显示装置用于实时显示监测到的微型传感器位置和压力，所述第二显示装置用于显示实现监测到的模拟颅骨手术刀的切割深度数据、切割力度数据以及刀头旋转速数据。本专利技术还提供一种颅缝早闭手术模拟方法，包括以下步骤：S1：通过三维CT扫描设备或者MRI设备对患者头颅进行扫描，获得患者头颅的图像数据；S2：通过从患者头颅信息的图像数据中筛选出目标组织区域的图像数据，建立患者颅骨三维轮廓模型，按照1:1比例为患者3D打印立体颅骨模型；S3：在所述立体颅骨模型上对模拟骨质层进行切割，确定手术的最佳切割路线、需要切割骨瓣的最佳数量和最佳形状，并通过模拟出血点层及模拟力反馈层实时产生的反馈信息，获取精确的手术操作方案。优选地，所述步骤3通过所述立体颅骨模型的模拟骨质层产生实时反馈感知切割深度、切割力度以及刀头旋转速，通过所述立体颅骨模型的模拟出血点层产生实时反馈感知出血点位置，通过所述立体颅骨模型的模拟力反馈层产生实时反馈感知切割轨迹及切割压力。实施本专利技术的有益效果主要有：本专利技术将医学图像处理、3D打印和模拟手术相结合，根据实际临床需要，模拟人体颅骨结构的手术层组织以及手术过程中的反馈信息，操作者可在此进行颅缝早闭手术的全过程模拟演练。本专利技术在术前就采用3D建模技术等比例还原患儿头颅，并按1∶1的比例打印出患者的颅骨模型，在颅骨模型上预先设定切割方案、模拟手术切割线及拼接方案等，确保“精准手术”，克服现有技术容易造成对颅骨的过度切割，对骨瓣带来很大损伤，存在出血的可能的缺点。本专利技术可以在主治医生的指导下，提供针对特定病患的个性化的手术规划，使复杂的颅骨重建手术可视化，可以让医生们进行术前规划，进行实物手术预演，并不断调整优化手术方案，使颅骨重塑后更加美观，并降低手术风险，尤其适用于那些可能不是那么熟悉这些手术的医生们。为了更清楚地说明本专利技术实施例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专利技术的一种实施例，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为一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于，包括：操作台主体及立体颅骨模型；所述操作台主体的上部设置有模型固定装置，所述立体颅骨模型与所述模型固定装置连接；所述立体颅骨模型的内部设有模拟手术层，所述模拟手术层由外往内依次由模拟骨质层、模拟出血点层及模拟力反馈层组成，所述模拟出血点层由循环液体结构组成，所述模拟力反馈层由监测切割点受到的压力大小的微型传感器阵列组成。

【技术特征摘要】
1.一种颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于，包括：操作台主体及立体颅骨模型；所述操作台主体的上部设置有模型固定装置，所述立体颅骨模型与所述模型固定装置连接；所述立体颅骨模型的内部设有模拟手术层，所述模拟手术层由外往内依次由模拟骨质层、模拟出血点层及模拟力反馈层组成，所述模拟出血点层由循环液体结构组成，所述模拟力反馈层由监测切割点受到的压力大小的微型传感器阵列组成。2.根据权利要求1所述的颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于：所述循环液体结构包括连续U形排列的第一模拟血管和连续U形排列的第二模拟血管，所述第一模拟血管和所述第二模拟血管等间距连续纵横排列形成有多个交点，每个所述交点与所述微型传感器阵列的每个传感器对应设置。3.根据权利要求1所述的颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于：所述循环液体结构设有液体进口与液体出口，所述液体进口与设置在操作台主体内的微型水泵连接，所述液体入口与集液器连接形成整体动态循环模型。4.根据权利要求1所述的颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于：还包括与所述操作台主体电性连接的手术器械，所述手术器械为模拟颅骨手术刀，所述模拟颅骨手术刀包括模拟切割反馈单元，所述模拟切割反馈单元用于对所述模拟颅骨手术刀在所述模拟骨质层的切割深度、切割力度以及刀头旋转速进行模拟。5.根据权利要求1所述的颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于：所述模型固定装置为万向转动固定台，所述万向转动固定台上部设置有模型固定卡扣；所述立体颅骨模型由模拟手术层以及支撑主体组成，所述模拟手术层与所述支撑主体之间可拆连接。6.根据权利要求1所述的颅缝早闭手术模拟系统，其特征在于：还包括3D打印装置，选用不同颜色、硬度且与患者颅骨组织的弹性模量保持一致的3D打印材料制作所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍南，刘金龙，徐卓明，宋云海，杨波，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心，
类型：发明
国别省市：上海,31