CN108143489A - 一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法。在人体做CT和MRI检查目标时同时扫描体表静脉，经过三维重建和模拟穿刺路径后制成数字模型，再通过3d打印制成包括底板和导柱的基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，在底板上设有用于定位的体表静脉图样。再次需要定位时，利用体表静脉显示仪将模具上的体表静脉图样与人体实际体表静脉的重合，就可以进行精准穿刺。本发明结构简单、使用方便，操作简单，准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法。
背景技术
临床上射频治疗、组织活检、体内引流等许多诊疗都需要开展人体穿刺操作，包括：颌面部穿刺、脑室穿刺、腰穿、腹穿、肺穿、肾穿、肝穿、***穿刺等。
3D打印个性化导航***可以实现微创治疗个体化和精准化，较其他定位技术学***整，容易移位，尤其是对于皮下脂肪较厚的人而言，移位后必然影响其精准性。
人体血液中的血红蛋白对红外光线有较强的吸收能力，而周围组织对红外光线吸收能力较弱，因此排除可见光干扰，在红外成像上，静脉血管和周围组织就产生了光学反差，从而使皮下静脉血管的位置清晰地显示出来。通过分析人体血液的光谱可以进一步得到确切的红外线波段。因此利用这一特定波段近红外线制作人体表层血管显示仪，使用者可以使用显示仪对人体表层皮肤下的血管进行扫描成像，进而精确定位血管。体表静脉血管形态不会随着年龄增长发生根本性的变化，在体表的位置也是相对固定的，所以体内组织器官和体表静脉的位置关系也是固定的。
发明内容
本发明提供一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法，可解决以下问题：
1.通过穿刺导航模具，实现穿刺针的快速穿刺，减少了手术时间，减少人体出血量，降低了人体对辐射的吸收，提高了手术成功率，保护了操作者或人体的健康；
2.通过利用规划好的具有通孔的导柱，避免了操作者依靠经验确定穿刺方向情况，提高了操作者操作的准确度，减少了穿刺手术中穿刺时间，并提高了手术成功率；
3.利用穿刺导航模具的制作方法，实现对穿刺导航模具进行个性化定制，基于体表静脉特征进行匹配，提高了穿刺导航模具与人体身体的匹配度，进而提高了穿刺手术的精准度和成功率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法，用于穿刺手术的临床应用，其特征在于，所述基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具包括底板和导柱，所述底板包括透明材料，所述透明材料上设有体表静脉图样，所述导柱固定在所述底板的上表面，所述导柱内具有通孔。
进一步地，所述底板的体表静脉图样与人体穿刺部位的体表静脉图匹配。
进一步地，所述体表静脉图样通过断层扫描装置和或静脉显示装置获得。
进一步地，所述导柱的高度为5-40mm，所述通孔的内径为0.5-5.0mm，所述通孔的轴向与所述导柱的轴向一致，所述通孔连通所述导柱背向所述底板的一端和所述底板的下表面。
一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，包括以下步骤：
S1：从断层扫描装置中获取人体的断层扫描数据；
S2：通过医学建模软件，建立人体的三维重建模型；
S3：根据所述三维重建模型，利用医学规划软件模拟穿刺路径，确定穿刺路径通过所述皮肤组织图样的表面；
S4：利用所述医学规划软件在所述皮肤组织图样的表面勾画底板的覆盖区域，并制作与所述皮肤组织图样的表面匹配的底板图样；
S5：根据所述三维重建模型，选择底板覆盖区域的体表静脉制作体表静脉图样，并将所述体表静脉图样与所述底板图样结合；
S6：根据所述穿刺路径，制作用于通过穿刺针的导柱图样，并将所述导柱图样与所述底板图样结合，制成基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样；
S7：将基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样导入3D打印机，操作3D打印机按照与人体(0.95-1.05)∶(0.95-1.05)的尺寸比例打印制成穿刺导航模具。
进一步地，在所述S1中通过断层扫描装置获取人体的断层扫描数据包括穿刺目标和皮肤组织，所述皮肤组织包括皮下1cm内的体表静脉。
进一步地，在所述S7中，利用所述医学规划软件，将所述基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样导出为stl格式，再导入至3D打印机。
进一步地，在所述S7中，打印所述底板的材料包括透明材料，透明材料上设有体表静脉图样。
进一步地，在所述S5中，所述导柱内设置有与所述穿刺路径匹配并用于通过所述穿刺针的通孔。所述通孔的轴向与所述导柱的轴向一致，所述通孔连通所述导柱背向所述底板的一端和所述底板的下表面。
进一步地，将模具放置在人体体表，在静脉显示装置下观察模具上体表静脉图样和人体实际体表静脉的关系，使静脉图样中至少两条体表静脉与实际体表静脉相重合，则实现了模具的精准定位。
一种静脉显示装置，其特征在于：包括依次相接的红外光源、电子摄像头、计算机数据处理组件、控制组件和液晶显示器。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明公开了一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具及其制作方法。在人体做 CT和MRI检查目标时同时扫描体表静脉，经过三维重建和模拟穿刺路径后制成数字模型，再通过3d打印制成包括底板和导柱的基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，在底板上设有用于定位的体表静脉图样。再次需要定位时，利用体表静脉显示仪将模具上的体表静脉图样与人体实际体表静脉的重合，就可以进行精准穿刺。本发明结构简单、使用方便，操作简单，准确性高。
附图说明
图1为实施例1中基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具上表面示意图；
图2为实施例1中基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具下表面示意图；
图3为实施例1中基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具精简后示意图；
图4A为实施例1中脐部右侧体表静脉的断层扫描图像示意图；
图4B为实施例1中图4A处理后的示意图；
图5A为实施例1中脐部左侧体表静脉的断层扫描图像示意图；
图5B为实施例1中图5A处理后的示意图；
图6为实施例1中在静脉显示装置下观察人体实际体表静脉的示意图；
图7为实施例1中一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具制作流程图；
图中，1-底板，2-导柱，3-通孔，4-体表静脉图样，5-静脉显示装置。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1、和图2所示，本发明是一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，用于肝脏穿刺手术的临床应用，包括底板1和导柱2，底板1全部由透明树脂材料打印而成，透明的底板1上设有体表静脉图样4，导柱2固定在底板1的上表面，导柱2内具有通孔3。导柱用多聚乳酸或树脂材料打印。
导柱2的高度为40mm，内部通孔3的内径为1mm，通孔3的轴向与导柱2的轴向一致，通孔3连通导柱2背向底板1的一端和底板1的下表面。
如图3所示，在一个非限制实施例中，为减少3D打印机的工作量，在设计时对底板1进行精简，去掉没有定位和穿刺功能的部分底板1，导柱2所在的底板1和体表静脉图样4所在的底板1通过支架或精简后的底板1连接。
该基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法如下：
S1：通过CT扫描肝脏和体表静脉获取断层扫描图像；
常规连续断层扫描装置包括CT和MRI，本实施例为通过CT检查肝脏肿瘤。目前已有体表静脉显示装置5可以显示距离体表1cm以内的静脉，包括多条直径大于1mm的皮下浅静脉，直径越粗越容易被观察。一般扫描时集中在肝脏周围扫描。摄片时要求操作员专门在与扫描层面平行的体表扫描1～3层，把皮下1cm的包含静脉的***扫描下来，然后继续按相同的坐标常规扫描肝脏肿瘤及周围组织。
S2：用Mimics medical 17.0软件建立人体的肝脏肿瘤和体表静脉的三维重建模型。
水平面和矢状面扫描时虽然无法直接获得如图4A和图5A的体表静脉图，但可以在Mimics medical 17.0软件的三维重建模型中获得冠状面的扫描图。
S3：根据三维重建模型，利用Mimics medical 17.0软件模拟穿刺路径，确定穿刺路径经过皮肤组织图样的表面。
S4：利用Mimics medical 17.0软件在皮肤组织图样的表面勾画底板1的覆盖区域，并制作与皮肤组织图样的表面匹配的底板1图样。
S5：根据解剖三维重建模型，选择底板1覆盖区域的体表静脉制作体表静脉图样4，并将体表静脉图样4与底板1图样结合。
图4A为实施例1中脐部右侧体表静脉1的CT断层扫描图像示意图，下方中间的孔是肚脐的凹陷，肚脐右方的体表层可见不太明显的体表静脉。经数据处理后得到图4B所示的体表静脉图样4。
图5A为实施例1中脐部左侧体表静脉1的CT断层扫描图像示意图。用上述同样的方法处理，得到图5B所示的体表静脉图样4。
S6：根据穿刺路径，制作用于通过穿刺针的导柱2图样，并将导柱2图样与底板1 图样结合，制成基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样；
S7：将基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样导入3D打印机，操作3D打印机按照与人体1∶1的尺寸比例打印制成穿刺导航模具。
如图6所示，静脉显示装置5为现有技术，本实施例中包括依次相接的红外光源、红外滤光片、电子摄像头、计算机数据处理组件、控制组件、液晶显示器和支架。本实施例的计算机数据处理组件使用Intel公司的X86构架的计算机***，运行windows8操作***。液晶显示器与静脉显示装置5连接。
使用时，将穿刺导航模具放在人体需要穿刺的体表，通过静脉显示装置5拍摄体表。体表静脉中的血红蛋白对红外光线有较强的吸收能力，而周围组织对红外光线吸收能力较弱，因此排除可见光干扰，在红外成像上，静脉血管和周围组织就产生了光学反差，从而使皮下静脉血管的位置清晰地显示出来。
从液晶显示器中可以同时看见体表静脉和穿刺导航模具上的体表静脉图样4，但二者未必完全重合，需要调整穿刺导航模具的位置使二者重合。
本实施例通过调整穿刺导航模具的位置，可以从液晶显示器中看见体表实际静脉不动，穿刺导航模具上的静脉图样不断向实际的体表静脉靠齐，直至相互重合。再向导柱2上通孔3置入穿刺针，实现精准穿刺。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：人体做MRI检查图像制作投影模型。
实施例3
与实施例1基本相同，所不同的是：人体做颅脑部的穿刺，在基于体表静脉特征进行匹配的同时，还可以在穿刺导航模具中加入体表骨骼特征进行匹配，共同提高匹配精度。
Claims (10)
1.一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，用于穿刺手术的临床应用，其特征在于，所述基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具包括底板和导柱，所述底板包括透明材料，所述透明材料上设有体表静脉图样，所述导柱固定在所述底板的上表面，所述导柱内具有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，其特征在于，所述底板的体表静脉图样与人体穿刺部位的体表静脉图匹配。
3.根据权利要求1所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，其特征在于，所述体表静脉图样通过断层扫描装置获得。
4.根据权利要求1所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具，其特征在于，所述导柱的高度为5-40mm，所述通孔的内径为0.5-5.0mm，所述通孔的轴向与所述导柱的轴向一致，所述通孔连通所述导柱背向所述底板的一端和所述底板的下表面。
5.一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：从断层扫描装置中获取人体的断层扫描数据；
S2：通过医学建模软件，利用步骤S1获取的数据建立人体三维重建模型；
S3：利用医学规划软件在步骤S2建立的模型上模拟穿刺路径，确定穿刺路径通过所述皮肤组织图样的表面；
S4：利用所述医学规划软件在所述皮肤组织图样的表面勾画底板的覆盖区域，并制作与所述皮肤组织图样的表面匹配的底板图样；
S5：选择底板覆盖区域的体表静脉制作体表静脉图样，并将所述体表静脉图样与所述底板图样结合；
S6：根据所述穿刺路径，制作用于通过穿刺针的导柱图样，并将所述导柱图样与所述底板图样结合，制成基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样；
S7：将所述基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样导入3D打印机，操作3D打印机按照与人体(0.95-1.05)∶1的尺寸比例打印制成基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具。
6.根据权利要求5所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，在所述S1中通过断层扫描装置获取人体的断层扫描数据包括穿刺目标和皮肤组织，所述皮肤组织包括皮下1cm内的体表静脉。
7.根据权利要求5所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，在所述S7中，利用所述医学规划软件，将所述基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具图样导出为stl格式，再导入至3D打印机。
8.根据权利要求5所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，在所述S7中，打印所述底板的材料包括透明材料，透明材料上设有体表静脉图样。
9.根据权利要求5所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，在所述S5中，所述导柱内设置有与所述穿刺路径匹配并用于通过所述穿刺针的通孔。
10.根据权利要求9所述的一种基于体表静脉特征进行穿刺导航的模具的制作方法，其特征在于，所述通孔的轴向与所述导柱的轴向一致，所述通孔连通所述导柱背向所述底板的一端和所述底板的下表面。
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