CN113940735B - 一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***及装置，涉及穿刺手术模拟，包括：图像获取模块，被配置为：获取骶骨、骶孔以及位于腰骶部的定位网格的扫描图像；路径模拟规划模块，被配置为：根据扫描图像建立骶骨、骶孔与定位网格的三维模型，并依据三维模型获取穿过定位网格到达骶骨设定位置的虚拟穿刺路径，以及定位网格与虚拟穿刺路径的交点；针对目前骶神经孔直接穿刺次数较多、患者痛苦大的问题；通过获取定位网格、骶骨和骶孔的扫描图像，以定位网格作为定位基准，重建出骶骨、骶孔和定位网格的三维模型，以穿过定位网格到达骶骨设定位置为基准，建立多条虚拟穿刺路径，从而模拟人体器官状态和实际穿刺的过程。

Description

一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***及装置

技术领域

本公开涉及穿刺手术模拟领域，具体涉及一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***及装置。

背景技术

骶神经调控术是一种置入体内长期使用的神经调节手术，术中需要将电极放置到骶骨的神经孔内，改善排尿、排便功能障碍。

介入治疗作为骶神经调控术的常用微创治疗方法，在医学影像设备的显影下进行穿刺；骶神经调控手术普遍采用X线辅助定位，X线暴露时间长，并且，由于X线显影过程中的精度问题，导致穿刺次数多，手术时间较长患者痛苦较大。而目前虽然能够通过多次采集图像，进行预先穿刺路径规划寻优，然后依据最优路径进行实际穿刺的方式来解决穿刺次数较多的问题，但多条可行性穿刺路径的建立需要人为进行设计，其在平面图像下的可行性验证并不能完全体现实际的人体器官状态；并且在实际手术的过程中，仍需要对穿刺起点、终点进行重新定位，而后进行穿刺，仍存在暴露时间长、手术时间长导致患者痛苦较大的问题。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***及装置，获取定位网格、骶骨和骶孔的扫描图像，以定位网格作为定位基准，重建出骶骨、骶孔和定位网格的三维模型，以穿过定位网格到达骶骨设定位置为基准，建立多条虚拟穿刺路径，从而模拟人体器官状态和实际穿刺的过程，为实际穿刺过程提供辅助对照。

本公开的第一目的是提供一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***，包括：

图像获取模块，被配置为：获取骶骨、骶孔以及位于腰骶部的定位网格的扫描图像；

路径模拟规划模块，被配置为：根据扫描图像建立骶骨、骶孔与定位网格的三维模型，并依据三维模型获取穿过定位网格到达骶骨设定位置的虚拟穿刺路径，以及定位网格与虚拟穿刺路径的交点。

进一步地，所述定位网格贴合腰骶部皮肤，定位网格覆盖所有可穿刺位置。

进一步地，通过扫描图像获取骶骨、骶孔和定位网格的尺寸及空间相对位置，并据此建立三维模型。

进一步地，通过建立三维模型表征骶骨和骶孔的位置和走向，并与定位网格所处位置和走向对应。

进一步地，获取多条虚拟穿刺路径，基于每条虚拟穿刺路径与定位网格的交点，得到每条虚拟穿刺路径与定位网格的夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度。

进一步地，基于穿刺深度、夹角角度和交点所处位置，获取优选的虚拟穿刺路径。

进一步地，所述虚拟穿刺路径的末端位于三维模型骶骨内，虚拟穿刺路径穿过骶孔内壁到达穿刺路径末端。

进一步地，所述虚拟穿刺路径与所穿过位置的骶孔内壁垂直。

进一步地，所述定位网格为纵横交错的显像线条形成的矩形网格结构，纵向显像线条依次进行编号，横向显像线条依次进行编号。

本公开的第二目的是提供一种骶骨神经穿刺路径模拟规划装置，包括：

用于贴附于腰骶部的定位贴，定位贴上设有阵列布置的定位网格；

用于获取骶骨、骶孔与定位贴扫描图像的扫描单元；

用于根据扫描图像建立骶骨、骶孔与定位贴三维模型的主机，所述主机依据三维模型获取穿过定位贴到达骶骨设定位置的穿刺路径，以及定位网格与穿刺路径的交点。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前骶神经孔直接穿刺次数较多、患者痛苦大的问题；通过获取定位网格、骶骨和骶孔的扫描图像，以定位网格作为定位基准，重建出骶骨、骶孔和定位网格的三维模型，以穿过定位网格到达骶骨设定位置为基准，建立多条虚拟穿刺路径，从而模拟人体器官状态和实际穿刺的过程，为实际穿刺过程提供辅助对照。

(2)在术前通过进行扫描建立位于腰骶部的定位网格、骶孔和骶骨相对位置关系的三维模型，避免直接施加穿刺时术中反复通过X线定位的过程，利用三维图像关系进行穿刺起点、穿刺终点与三维图像的精确对应，建立的虚拟穿刺路径能够在术前进行精准的模拟，为后续实际穿刺提供精准对照。

(3)通过贴附于腰骶部的定位网格建立三维模型和实际人体的映射，定位网格与患者皮肤贴合良好，在建立穿过定位网格到达穿刺终点的虚拟穿刺路径后，依据虚拟穿刺路径与定位网格的交点、夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度，方便对实际定位网格贴附位置施加穿刺，无需进行二次的扫描定位，直接依据定位网格的对应位置、角度和深度施加穿刺即可，减少穿刺时间，减轻患者痛苦。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中定位网格贴附腰骶部的示意图；

图2为本公开实施例1、2中三维模型中建立虚拟穿刺路径的示意图。

图中，1.骶骨，2.定位网格，3.穿刺针，4.腰骶部。

具体实施方式

实施例1

本公开的一个典型实施例中，如图1-图2所示，给出一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***。

针对目前骶神经孔直接穿刺次数较多、患者痛苦大的问题；提供一种骶骨神经穿刺路径规划***，依据获取定位网格2、骶骨1和骶孔的扫描图像，以定位网格2作为定位基准，重建出骶骨1、骶孔和定位网格2的三维模型，以穿过定位网格2到达骶骨1设定位置为基准，建立多条虚拟穿刺路径，从而模拟人体器官状态和实际穿刺的过程，为实际穿刺过程提供辅助对照。

所述骶骨1神经穿刺路径模拟规划***，包括：

图像获取模块，被配置为：获取骶骨1、骶孔以及位于腰骶部4的定位网格2的扫描图像；

路径模拟规划模块，被配置为：根据扫描图像建立骶骨1、骶孔与定位网格2的三维模型，并依据三维模型获取穿过定位网格2到达骶骨1设定位置的虚拟穿刺路径，以及定位网格2与虚拟穿刺路径的交点。

所述定位网格2位于腰骶部4，并能够贴合腰骶部4皮肤，定位网格2覆盖所有可穿刺位置，覆盖理论可行的任一皮肤定位点，满足所有理论可行的虚拟穿刺路径的定位需求。

对于定位网格2，为了方便后续扫描图像的获取，定位网格2为纵横交错的显像线条形成的矩形网格结构，定位网格2能够在扫描下进行显像，纵向显像线条依次进行编号，横向显像线条依次进行编号，在确定虚拟穿刺路径与三维模型定位网格2的交点后，通过编号位置能够快速将其与实际的定位网格2进行对应。

对于定位网格2中线条的间距和粗细，根据所需的定位精度进行选择，网格线条间距越小、线条越细，其定位精度越高。将定位网格2的横向显像线条和纵向显像线条分别等间隔布置，形成方形网格单元的定位网格2结构。

在本实施例中，如图1所示，所述定位贴的尺寸可以选用8cm*8cm，定位贴能够覆盖骶1孔到骶4孔、左右骶髂关节。

对于扫描过程，可以通过CT对全盆腔进行扫描，扫描范围覆盖定位贴、骶骨1和骶孔，并获取多个角度下的扫描图像，为后续的三维模型建立提供数据支撑。

通过扫描图像获取骶骨1、骶孔和定位网格2的尺寸及空间相对位置，并据此建立三维模型；通过建立三维模型表征骶骨1和骶孔的位置和走向，并与定位网格2所处位置和走向对应。

获取多条虚拟穿刺路径，基于每条虚拟穿刺路径与定位网格2的交点，得到每条虚拟穿刺路径与定位网格2的夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度。

所述虚拟穿刺路径的末端位于三维模型骶骨1内，虚拟穿刺路径穿过骶孔内壁到达穿刺路径末端；虚拟穿刺路径与所穿过位置的骶孔内壁垂直。

以骶3神经孔为例，穿过定位网格2区域，与骶3神经孔前缘垂直刺入骶骨1内，从而实现垂直进入骶孔。

进一步地，基于穿刺深度、夹角角度和交点所处位置，获取优选的虚拟穿刺路径。以穿刺深度最小、夹角角度最大、交点所处位置便于操作为选择基准，优选后的虚拟穿刺路径在便于操作的同时，能够降低穿刺过程中病人的痛苦。

在术前通过进行扫描建立位于腰骶部4的定位网格2、骶孔和骶骨1相对位置关系的三维模型，避免直接施加穿刺时术中反复通过X线定位的过程；利用三维图像关系进行穿刺起点、穿刺终点与三维图像的精确对应，建立的虚拟穿刺路径能够在术前进行精准的模拟，为后续实际穿刺提供精准对照。

通过贴附于腰骶部4的定位网格2建立三维模型和实际人体的映射，定位网格2与患者皮肤贴合良好，在建立穿过定位网格2到达穿刺终点的虚拟穿刺路径后，依据虚拟穿刺路径与定位网格2的交点、夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度。

通过虚拟穿刺路径与实际穿刺过程的对应，方便对实际定位网格2贴附位置施加穿刺，无需进行二次的扫描定位，直接依据定位网格2的对应位置、角度和深度施加穿刺即可，减少穿刺时间，减轻患者痛苦。

实施例2

本公开的另一个实施例中，如图1-图2所示，给出一种骶骨神经穿刺路径模拟规划装置。

针对目前骶神经穿刺过程重复穿刺次数多、患者痛苦较大的问题，提供一种骶骨神经穿刺路径模拟规划装置，将带有定位网格2的定位贴贴附于患者腰骶部4，并通过扫描单元获取骶孔、骶骨1和定位贴的图像，通过主机建立骶孔、骶骨1和定位贴的三维模型，从而进行穿刺路径的虚拟建立，确定多条虚拟穿刺路径，选优后作为实际穿刺的路径。

所述骶骨神经穿刺路径模拟规划装置主要包括定位贴、扫描单元和主机，其中，定位贴上设有定位网格2，定位贴贴附于患者腰骶部4，贴合腰骶部4的皮肤；扫描单元能够对腰骶部4进行扫描，获取骶骨1、骶孔与定位贴的扫描图像；所述主机能够依据扫描图像建立骶骨1、骶孔和定位贴的三维模型，其三者的大小、相对位置与实际相同，从而精确模拟实际的骶骨1、骶孔与定位贴的相对状态。

所述主机能够依据三维模型进行穿刺路径的模拟，穿刺路径穿过定位贴延伸至骶骨1的设定位置，获取穿刺路径与定位贴的交点和穿刺路径与骶骨1表面的交点。

主机能够获取多条穿刺路径，在获取多条穿刺路径后，对穿刺路径进行寻优，以最优选的一条穿刺路径作为实际的穿刺路径对照。

具体的，结合图1、图2，所述的扫描单元选用CT(电子计算机断层扫描)，所述主机选用计算机，所述的定位贴为自粘网格定位贴，所述骶骨1神经穿刺路径模拟规划装置的工作过程包括以下步骤：

如图1所示，将在CT下显像的自粘网格定位贴贴于患者腰骶部4，利用CT对全盆腔扫描；

如图2所示，计算机重建出骶骨1和骶孔的位置和走向，并建立多条虚拟穿刺路径，标记虚拟穿刺路径在皮肤的定位点、角度和穿刺深度，并优选其中一条作为对照穿刺路径；

手术过程中，依据对照穿刺路径在皮肤的定位点、角度和穿刺深度施加穿刺，建立穿刺针3道，穿刺成功后沿穿刺针3放置导丝，导丝引导下放置骶神经刺激电极。

利用CT对全盆腔扫描，重建出骶孔的位置和走向，将数据导入计算机重建骶孔和穿刺针3道，并借助提前贴合于患者腰骶部4的网格状定位贴和角度定位装置，精确定位皮肤穿刺点、穿刺角度和深度，术中直接穿刺定位贴标定的位置，穿刺成功后可放置骶神经刺激电极，用于治疗排尿、排便功能障碍。

解决了常规穿刺手术需借助X线反复定位的问题，能够在术前通过CT等扫描单元结合定位贴进行提前穿刺路径规划，从而实现对穿刺过程的精准定位，增加穿刺的精准度。

定位方法采用自粘网格定位贴，与患者皮肤贴合良好，可以精准定位。与既往3D打印材料用于辅助定位等手段相比，自粘定位贴与皮肤贴合度好，不会出现位移，而且成本较低。

在获取模拟穿刺路径后，对皮肤穿刺点、穿刺角度和深度进行提前记录，对照至实际的定位贴定位网格2，在操作时依据记录数据进行穿刺，提高穿刺精度。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种骶骨神经穿刺路径模拟规划***，其特征在于，包括：

图像获取模块，被配置为：获取骶骨、骶孔以及位于腰骶部的定位网格的扫描图像，所述定位网格为纵横交错的显像线条形成的矩形网格结构，是一个平面结构；

路径模拟规划模块，被配置为：根据扫描图像建立骶骨、骶孔与定位网格的三维模型，并依据三维模型获取穿过定位网格到达骶骨设定位置的虚拟穿刺路径，以及定位网格与虚拟穿刺路径的交点；通过建立三维模型表征骶骨和骶孔的位置和走向，并与定位网格所处位置和走向对应；所述虚拟穿刺路径的末端位于三维模型骶骨内，虚拟穿刺路径穿过骶孔内壁到达穿刺路径末端；所述虚拟穿刺路径与所穿过位置的骶孔内壁垂直；

获取多条虚拟穿刺路径，基于每条虚拟穿刺路径与定位网格的交点，得到每条虚拟穿刺路径与定位网格的夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度，并基于穿刺深度、夹角角度和交点所处位置，以穿刺深度最小、夹角角度最大、交点所处位置便于操作为选择基准，获取优选的虚拟穿刺路径。

2.如权利要求1所述的骶骨神经穿刺路径模拟规划***，其特征在于，所述定位网格贴合腰骶部皮肤，定位网格覆盖所有可穿刺位置。

3.如权利要求1所述的骶骨神经穿刺路径模拟规划***，其特征在于，通过扫描图像获取骶骨、骶孔和定位网格的尺寸及空间相对位置，并据此建立三维模型。

4.如权利要求1所述的骶骨神经穿刺路径模拟规划***，其特征在于，所述定位网格纵向显像线条依次进行编号，横向显像线条依次进行编号。

5.一种骶骨神经穿刺路径模拟规划装置，其特征在于，包括：

用于贴附于腰骶部的定位贴，定位贴上设有阵列布置的定位网格；所述定位网格为纵横交错的显像线条形成的矩形网格结构，是一个平面结构；

用于获取骶骨、骶孔与定位贴扫描图像的扫描单元；

用于根据扫描图像建立骶骨、骶孔与定位贴三维模型的主机，所述主机依据三维模型获取穿过定位贴到达骶骨设定位置的穿刺路径，以及定位网格与穿刺路径的交点；

通过建立三维模型表征骶骨和骶孔的位置和走向，并与定位网格所处位置和走向对应；虚拟穿刺路径的末端位于三维模型骶骨内，虚拟穿刺路径穿过骶孔内壁到达穿刺路径末端；所述虚拟穿刺路径与所穿过位置的骶孔内壁垂直；获取多条虚拟穿刺路径，基于每条虚拟穿刺路径与定位网格的交点，得到每条虚拟穿刺路径与定位网格的夹角、每个交点到设定位置的穿刺深度，并基于穿刺深度、夹角角度和交点所处位置，以穿刺深度最小、夹角角度最大、交点所处位置便于操作为选择基准，获取优选的虚拟穿刺路径。