一种基于3D重建的三线两角颅脑穿刺系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统和方法，包括：穿刺模块，穿刺模块具备球心和穿刺套管，穿刺套管能够弧形运动且在运动时其轴线始终穿过球心；3D影像获取模块，确定靶标位置和模拟出穿刺路线；控制模块，获取靶标以及球心的三维坐标，移动穿刺模块直至球心与靶标中心重合；以球心为原点旋转穿刺模块以及调整穿刺套管在穿刺模块上的位置，使得穿刺套管的轴线与穿刺路线重合，利用穿刺针沿着穿刺套管的轴线进行穿刺。本发明专利技术利用三维坐标，在三维坐标上寻找三条直线距离和两个角度来进行穿刺路线的寻找和调整，使用方便，保证一次穿刺成功，无需多次做CT影像，缩短整个穿刺手术时间，减少患者痛苦。减少患者痛苦。减少患者痛苦。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D重建的三线两角颅脑穿刺系统和方法


[0001]本专利技术涉及医疗器件，具体是一种基于3D重建的三线两角颅脑穿刺系统和方法。

技术介绍

[0002]脑出血是神经外科的急诊疾病，微创手术时，一般采用精准穿刺进行放出淤血。精准穿刺是选取一个固定的穿刺点通过坐标原理达到靶向位置的精准穿刺。
[0003]而大脑皮质有功能区和非功能区，脑内还有血管和神经核团，在穿刺或建立微创手术通路的时候，要避开功能区血管及神经核团。目前穿刺大多是术前影像学检查后，在3D颅脑重建的图象下模拟穿刺途径，从而寻找最佳穿刺路线及和穿刺点，再通过人工在患者头皮表面进行划线辅助找到既定穿刺起点，并人工判断大致穿刺角度进行穿刺。其缺点是：认为操作不能够精准确定穿刺的角度及方位，实际操作时，即使穿刺起点是准确的，在实际穿刺的时候，也会由于各种各样的原因导致穿刺角度发生细微的偏移，从而导致穿刺位置偏离靶标，使得整个穿刺路线偏移，往往需要多次尝试才能成功。在一些血管丰富或大脑功能密集区，这样的误差常可导致非常严重的后果，如大脑功能部分缺失、偏瘫、甚至死亡。
[0004]为了解决这个问题，临床上专利技术了3D打印头皮曲面及半管穿刺引导管的办法。该方法打印部件耗时较长，不能适应脑外科快速手术需求；打印部件质量较差，不能满足手术前无菌消毒的要求；头皮曲面与头皮贴合时，由于头皮是软组织，会有较大的变形范围，很难准确贴合到适配位置，及时贴合在适配位置，也会因头皮软组织变形发生偏移，很难精准定位穿刺路径及深度。
[0005]临床上还有一种定位方法，就是头颅定位架法，该方法在手术前将一个类似于头盔的架体固定在颅骨上，反复做CT调整穿刺引导套管位置，直到CT下穿刺角度及方向满意。然后保留头颅定位夹送至手术室手术。其缺点也十分显著：多次CT导致患者接受较多射线，对患者较差的免疫力进一步造成伤害；复杂的定位架调整引导套管极为不便，需要接受较多的专业训练才能达到熟练操作；复杂的定位架固定在患者颅骨上，手术时很难保证手术区消毒效果，而脑内手术无菌要求极高，一旦感染会导致极为严重的后果。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种基于3D重建的三线两角颅脑穿刺系统和方法，本专利技术利用三维坐标，在三维坐标上寻找三条直线距离和两个角度来进行穿刺路线的寻找和调整，使用方便，保证一次穿刺成功，无需多次做CT影像，缩短整个穿刺手术时间，减少患者痛苦。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统，包括：
[0008]穿刺模块，所述穿刺模块具备球心和穿刺套管，所述穿刺套管能够弧形运动且在运动时其轴线始终穿过球心；
[0009]3D影像获取模块，用于获取颅脑的3D影像，其中，所述3D影像用于确定靶标位置和
模拟出穿刺路线；
[0010]控制模块，用于在颅脑上或者颅脑周围选取一个平面建立三维坐标系，并获取靶标中心的三维坐标以及球心的三维坐标，以及，用于移动所述穿刺模块直至球心与靶标中心重合；
[0011]以球心为原点旋转所述穿刺模块以及调整所述穿刺套管在所述穿刺模块上的位置，使得所述穿刺套管的轴线与所述穿刺路线重合，利用穿刺针沿着所述穿刺套管的轴线进行穿刺。
[0012]进一步地，还包括三个定位钉，其中两个所述定位钉位于颅脑的同一侧，另一个所述定位钉位于颅脑的另一侧，三个所述定位钉上均设有定位点，三个所述定位点形成一个三角形，所述平面与所述三角形重叠。
[0013]进一步地，所述三维坐标系的坐标原点位于所述三角形所在的平面上。
[0014]进一步地，所述穿刺模块包括一个具备球心的弧形板，所述弧形板上沿着球面开设有弧形的滑槽，所述滑槽内滑动设置所述穿刺套管，所述穿刺套管的轴线始终穿过所述弧形板的球心，所述弧形板上设置刻度，用于读取所述穿刺套管滑移的角度；所述弧形板的一端固定有把手，所述把手上固定有竖直设置的圆角器，所述圆角器能够读取出所述弧形板竖直旋转的角度。
[0015]进一步地，还包括参数读取模块，用于读取所述穿刺路线相对于YOZ面的角度β，以及，用于读取所述穿刺路线相对于XOY面的角度α，其中，角度β用于调节所述圆角器的角度，角度α用于调节所述穿刺套管角度。
[0016]一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺方法，包括以下步骤：
[0017]获取颅脑的3D影像，确定靶标位置和模拟出穿刺路线；
[0018]将穿刺模块置于颅脑上方，所述穿刺模块具备球心和穿刺套管，所述穿刺套管能够弧形运动且在运动时其轴线始终穿过球心；
[0019]在颅脑上或者颅脑周围选取一个平面建立一个三维坐标系，将靶标中心和所述穿刺模块的球心置于该三维坐标系中，并且获取到靶标中心和球心的三维坐标位置；
[0020]移动穿刺模块使得球心与靶标中心重叠；
[0021]以球心为原点旋转所述穿刺模块以及调整所述穿刺套管在所述穿刺模块上的位置，使得所述穿刺套管的轴线与所述穿刺路线重合，利用穿刺针沿着所述穿刺套管的轴线进行穿刺。
[0022]进一步地，所述建立一个三维坐标系包括以下子步骤：
[0023]在颅脑的一侧钉入两个定位钉，在颅脑的另一侧钉入一个定位钉，三个所述定位钉上均设有定位点，将同一侧的两个所述定位点记为M点和N点，将另一侧的所述定位点记为P点，得到三角形MNP；所述平面为所述三维坐标系的XOY平面，且与所述三角形MNP重叠；三个所述定位点位于同一水平面上，使得所述三角形MNP和XOY平面为水平面。
[0024]所述三维坐标系的坐标原点位于所述三角形MNP的三条边上或者位于所述三角形MNP的外侧。
[0025]进一步地，获取靶标中心的三维坐标位置包括以下子步骤：
[0026]将靶标中心记为S点，将S点投影到所述三维坐标系的XOY平面，投影点记为A点，记录SA之间的距离a；
[0027]记录A点与X轴、Y轴之间距离，分别记为b和c；
[0028]得到靶标中心的三维坐标。
[0029]进一步地，获取球心的三维坐标位置包括以下子步骤：
[0030]将球心置于所述三维坐标系的坐标原点上，得到球心的三维坐标为。
[0031]进一步地，还包括角度读取步骤：读取所述穿刺路线相对于YOZ面的角度β，以及，读取所述穿刺路线相对于XOY面的角度α，其中，角度β用于调节所述圆角器的角度，角度α用于调节所述穿刺套管角度；
[0032]移动球心和穿刺时包括以下子步骤：
[0033]将球心沿着X轴运动c距离，沿着Y轴运动b距离，沿着Z轴运动c距离，使得球心与靶标中心重合，移动后球心的坐标为；
[0034]初始时，将所述圆角器的底面调整成为水平，以球心坐标为旋转的原点，将所述圆角器调整为角度读数为β，然后滑移所述穿刺套管使得其角度读数为α，此时，所述穿刺套管的轴线与模拟出的所述穿刺路线重合，利用穿刺针穿刺。
[0035]综上所述，本专利技术取得了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统,其特征在于：包括：穿刺模块，所述穿刺模块具备球心和穿刺套管，所述穿刺套管能够弧形运动且在运动时其轴线始终穿过球心；3D影像获取模块，用于获取颅脑的3D影像，其中，所述3D影像用于确定靶标位置和模拟出穿刺路线；控制模块，用于在颅脑上或者颅脑周围选取一个平面建立三维坐标系，并获取靶标中心的三维坐标以及球心的三维坐标，以及，用于移动所述穿刺模块直至球心与靶标中心重合；以球心为原点旋转所述穿刺模块以及调整所述穿刺套管在所述穿刺模块上的位置，使得所述穿刺套管的轴线与所述穿刺路线重合，利用穿刺针沿着所述穿刺套管的轴线进行穿刺。2.根据权利要求1所述的一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统,其特征在于：还包括三个定位钉，其中两个所述定位钉位于颅脑的同一侧，另一个所述定位钉位于颅脑的另一侧，三个所述定位钉上均设有定位点，三个所述定位点形成一个三角形，所述平面与所述三角形重叠。3.根据权利要求2所述的一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统,其特征在于：所述三维坐标系的坐标原点位于所述三角形所在的平面上。4.根据权利要求3所述的一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统,其特征在于：所述穿刺模块包括一个具备球心的弧形板(601)，所述弧形板(601)上沿着球面开设有弧形的滑槽(602)，所述滑槽(602)内滑动设置所述穿刺套管(603)，所述穿刺套管(603)的轴线始终穿过所述弧形板(601)的球心，所述弧形板(601)上设置刻度，用于读取所述穿刺套管(603)滑移的角度；所述弧形板(601)的一端固定有把手(605)，所述把手(605)上固定有竖直设置的圆角器(606)，所述圆角器(606)能够读取出所述弧形板(601)竖直旋转的角度。5.根据权利要求4所述的一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺系统,其特征在于：还包括参数读取模块，用于读取所述穿刺路线相对于YOZ面的角度β，以及，用于读取所述穿刺路线相对于XOY面的角度α，其中，角度β用于调节所述圆角器(606)的角度，角度α用于调节所述穿刺套管(603)角度。6.一种基于3D影像重建的三线两角颅脑穿刺方法，其特征在于：包括以下步骤：获取颅脑的3D影像，确定靶标位置和模拟出穿刺路线；将穿刺模块置于颅脑上方，所述穿刺模块具备球心和穿刺套管，所述穿刺套管能够弧形运动且在运动时其轴线始终穿过球心；在颅脑上或者颅脑周围选取一...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖雪晴，高宏，钱建民，张家明，
申请(专利权)人：无锡医百加科技有限公司，
类型：发明
国别省市：