一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法技术

本发明专利技术涉及一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法，包括由动物软组织、明胶、透明方盒及盒盖制作的复合模型，盒盖上设置有多个整齐排列的阵列孔。利用穿刺针对无动物软组织的明胶空载模型进行设定参数的穿刺，以获取作为参考基准的穿刺起点和穿刺路径；再对置有动物软组织的复合模型进行相同参数的穿刺以获取穿刺动物软组织情况下明胶内穿刺针的偏斜状态。根据比例关系，得到明胶内多个点的实际横向偏斜量并拟合得到整个穿刺过程中穿刺针的偏斜函数；根据拟合的函数关系便能准确而便捷的求出动物软组织内任意轴向位置处穿刺针的横向偏斜量。该判定方法简便有效，靶点定位精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法
本专利技术涉及一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法，属于医疗穿刺介入

技术介绍
穿刺介入手术是一种典型的微创手术，因创伤小、患者痛苦小及恢复快等优点受到广泛应用。穿刺介入手术成功的关键是穿刺针具有较高的靶点定位精度。高靶点定位精度能降低穿刺次数，并能最大程度的提高治疗效果，降低手术副作用。本着穿刺路径最短的原则，医师会在穿刺介入手术实施前规划出一条最佳的直线穿刺路径，利用手动方式或借助微创手术机器人将穿刺针针尖植入目标靶点。然而软组织为非均质、各向异性材料，穿刺针进入软组织后会因受力不均而产生横向偏斜，使针尖偏离靶点，进而影响治疗效果。为提高穿刺介入手术的靶点定位精度，许多学者利用离体动物软组织，如肝脏、肾脏等对穿刺针的结构形态和进针策略等展开了一系列的优化实验，以期最大程度的降低穿刺针的横向偏斜。然而动物软组织为不可视材料，穿刺针进入软组织后其偏斜状态无法直接观察，因而无法便捷判定实验的优化效果，从而影响穿刺参数的确定。CT、超声或C臂机等医学影像设备虽然能得到软组织内穿刺针的偏斜状态，但此类设备因价格昂贵、操作复杂、占用空间大等问题，无法大量应用在实验室研究当中。超声设备与软组织的接触还会引起软组织正常形态的改变，因而干扰靶点定位误差的准确判定。此外，影像设备mm级别的分辨率亦无法判定穿刺针1mm之内的偏斜状态。另外一些学者尝试使用类生物明胶进行穿刺过程的模拟研究，对明胶内设置的目标靶点进行针尖定位实验，以优化穿刺针的结构形态和进针策略。明胶模拟实验过程中，穿刺对象的可视化问题虽然得到了有效解决，但明胶与动物软组织的材料力学性能相差较大。穿刺明胶的模拟研究中所得穿刺针的结构参数和进针策略并不能完全适用于动物软组织的穿刺过程，大大降低了优化实验的作用，也降低了动物实验对临床治疗的指导效果。此外，面向不同动物软组织的穿刺过程，如肝脏、肾脏、前列腺等，往往需要花费大量的时间和精力去配置具有相近材料力学性能的明胶模型，严重影响实验进展。因此，寻找一种既能保证动物软组织穿刺过程的真实性又能准确判定软组织内穿刺针偏斜状态的方法尤为重要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型。本专利技术还提供一种利用上述判定模型进行穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定方法。本专利技术的技术方案如下：一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，包括动物软组织、明胶、透明方盒及盒盖，所述盒盖上设置有多个整齐排列的阵列孔；所述明胶置于透明方盒内，所述盒盖设置在透明方盒上端，所述动物软组织置于盒盖上。优选的，所述阵列孔的孔径为5～8mm。优选的，所述透明方盒的横向面积大于待穿刺动物软组织的横截面积。优选的，所述透明方盒的材质为塑料或玻璃。一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定方法，包括以下步骤：(1)将配置好的明胶装满在透明方盒中，然后将加工有整齐阵列孔的盒盖盖在透明方盒上端，得到无动物软组织的空载模型，将空载模型放置在试验台上，以备后用；(2)对夹持在现有穿刺装置主轴头上的穿刺针涂覆标记颜料，并将穿刺针置于空载模型上方；(3)启动穿刺装置向下进给穿刺针，对空载模型进行穿刺，穿刺针穿过盒盖上某个阵列孔的中心对透明方盒中的明胶进行穿刺；待穿刺完成后，回退穿刺针，标记颜料便记录下穿刺针在明胶内的穿刺起点和穿刺路径；(4)将事先制备好的动物软组织置于盒盖上，并使目标靶点位于穿刺起点的正上方或与穿刺起点重合，得到复合模型；以穿刺装置导向器下端出口为坐标原点，建立三维直角坐标，其中，以颜料标记的空载穿刺路径为Z轴，与透明方盒侧壁相互垂直的两条直线为X轴、Y轴；(5)以与步骤(3)穿刺过程相同的参数再次启动穿刺装置，穿刺装置向下进给穿刺针，对复合模型进行穿刺；同时利用垂直布置在X轴、Y轴方向上的相机采集明胶内穿刺针的偏斜状态和颜料标记的空载穿刺路径，并测量照片中穿刺针上多个点的X轴、Y轴方向上的偏斜量，根据比例关系，得到明胶内多个点在X轴、Y轴方向上的实际偏斜量；(6)根据步骤(5)中得到明胶内多个点在X轴、Y轴方向上的实际偏斜量，拟合穿刺针在X轴、Y轴方向上的偏斜函数X(Z)和Y(Z)，根据勾股定理，得到穿刺针的空间偏斜函数；(7)将动物软组织内穿刺针上任意点的轴向坐标Z代入由步骤(6)得到的空间偏斜函数，便能求得该点穿刺针的空间偏斜量。优选的，步骤(1)中，所述明胶与盒盖的上端面平齐。优选的，步骤(2)中，使用装有颜料的注射器对夹持在现有穿刺装置主轴头上的穿刺针涂覆标记颜料。优选的，步骤(4)中，所述事先制备好的动物软组织是指按照现有技术将动物软组织在含预期靶点的平面内切割，去除多余的软组织后得到的动物软组织。优选的，步骤(5)中，所述根据比例关系，得到明胶内多个点在X轴、Y轴方向上的实际偏斜量是指：a、以照片中穿刺针的直径与穿刺针的实际直径的比为比例尺；b、通过测量照片中穿刺针上某个点的X轴、Y轴方向上的偏斜量，并根据比例尺，即可换算得到该点在明胶中实际的X轴、Y轴方向上的偏斜量。优选的，步骤(6)中，所述拟合穿刺针在X轴、Y轴方向上的偏斜函数X(Z)和Y(Z)是指利用Matlab软件拟合X(Z)和Y(Z)的函数关系。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术判定方法可实现对穿刺针靶点定位精度准确而便捷的判定，既能保证动物软组织穿刺过程的真实性又能准确判定软组织内穿刺针偏斜状态。2.本专利技术对动物软组织内穿刺针偏斜状态的判定便捷、准确，无需价格昂贵的医学影像设备，大大降低了实验成本。3.本专利技术无需配置材料力学性能要求严格的类动物软组织明胶模型，且无需花费大量的时间和精力研究所需穿刺动物软组织的材料力学性能，并能提高穿刺实验的真实性及参数优化的准确性。4.本专利技术判定模型中对明胶内穿刺的穿刺针还能起到放大穿刺误差的作用，使穿刺针的偏斜状态更容易观察。5.本专利技术判定模型中盒盖上加工出排列整齐的阵列孔，为明胶提供多个穿刺通道，提高了明胶利用率。6.本专利技术利用构建的判定模型进行穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度判定的方法，解决了穿刺针植入不可视软组织后其偏斜状态难以观察而引起的靶点定位精度难以判定的问题，且该判定方法操作简便，作用明显、效果显著。附图说明图1为本专利技术穿刺针定位精度的判定原理图；图2为本专利技术中加工有整齐阵列孔的盒盖；图3为本专利技术中装满明胶带阵列孔盒盖的透明方盒；图4为本专利技术中对穿刺针涂覆标记颜料的示意图；图5为本专利技术中对空载模型穿刺后对穿刺起点和穿刺路径记录的示意图；图6为本专利技术中将动物软组织置于盒盖上复合模型的示意图；图7为本专利技术中穿刺针对复合模型进行穿刺的过程示意图；其中：1、立柱；201、Z轴进给平台；202、滑块；301、主轴头；302、穿刺针夹头；401、穿刺针；402、空载模型下的穿刺路径；403、复合模型下的穿刺路径；5、导向器；6、相机；701、动物软组织；702、盒盖；703、透明方盒；704、明胶；8、阵列孔。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例1：本实施例提供一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，如图2、图3和图6所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，其特征在于，包括动物软组织、明胶、透明方盒及盒盖，所述盒盖上设置有多个整齐排列的阵列孔；所述明胶置于透明方盒内，所述盒盖设置在透明方盒上端，所述动物软组织置于盒盖上。

【技术特征摘要】
1.一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，其特征在于，包括动物软组织、明胶、透明方盒及盒盖，所述盒盖上设置有多个整齐排列的阵列孔；所述明胶置于透明方盒内，所述盒盖设置在透明方盒上端，所述动物软组织置于盒盖上。2.如权利要求1所述的穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，其特征在于，所述阵列孔的孔径为5～8mm。3.如权利要求1或2所述的穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，其特征在于，所述透明方盒的横向面积大于动物软组织的横截面积。4.如权利要求1或2所述的穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，其特征在于，所述透明方盒的材质为塑料或玻璃。5.一种利用权利要求1至4任一项所述的判定模型进行穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定方法，包括以下步骤：（1）将配置好的明胶装满在透明方盒中，然后将加工有整齐阵列孔的盒盖盖在透明方盒上端，得到无动物软组织的空载模型，将空载模型放置在试验台上，以备后用；（2）对夹持在穿刺装置主轴头上的穿刺针涂覆标记颜料，并将穿刺针置于空载模型上方；（3）启动穿刺装置向下进给穿刺针，对空载模型进行穿刺，穿刺针穿过盒盖上某个阵列孔的中心对透明方盒中的明胶进行穿刺；待穿刺完成后，回退穿刺针，标记颜料便记录下穿刺针在明胶内的穿刺起点和穿刺路径；（4）将事先制备好的动物软组织置于盒盖上，并使目标靶点位于穿刺起点的正上方或与穿刺起点重合，得到复合模型；以穿刺装置导向器下端出口为坐标原点，建立三维直角坐标，其中，以颜料标记的空载穿刺路径为Z轴，与透明方盒侧壁相互垂直的两条直线为X轴、Y轴；（5）以与步骤（3）穿刺过程相同的参数再次启动穿刺装置，穿刺装置向下进给穿刺针，对复合模型进行穿刺；同时利用垂直布置在X轴、Y轴方向上的相机...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，李岩，李学恩，邓建新，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37