一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定模型及判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定模型及判定方法，屬于醫(yī)療穿刺介入技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]穿刺介入手術(shù)是一種典型的微創(chuàng)手術(shù)，因創(chuàng)傷小、患者痛苦小及恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用。穿刺介入手術(shù)成功的關(guān)鍵是穿刺針具有較高的靶點(diǎn)定位精度。高靶點(diǎn)定位精度能降低穿刺次數(shù)，并能最大程度的提高治療效果，降低手術(shù)副作用。本著穿刺路徑最短的原則，醫(yī)師會(huì)在穿刺介入手術(shù)實(shí)施前規(guī)劃出一條最佳的直線穿刺路徑，利用手動(dòng)方式或借助微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人將穿刺針針尖植入目標(biāo)靶點(diǎn)。然而軟組織為非均質(zhì)、各向異性材料，穿刺針進(jìn)入軟組織后會(huì)因受力不均而產(chǎn)生橫向偏斜，使針尖偏離靶點(diǎn)，進(jìn)而影響治療效果。
[0003]為提高穿刺介入手術(shù)的靶點(diǎn)定位精度，許多學(xué)者利用離體動(dòng)物軟組織，如肝臟、腎臟等對(duì)穿刺針的結(jié)構(gòu)形態(tài)和進(jìn)針策略等展開了一系列的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以期最大程度的降低穿刺針的橫向偏斜。然而動(dòng)物軟組織為不可視材料，穿刺針進(jìn)入軟組織后其偏斜狀態(tài)無法直接觀察，因而無法便捷判定實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化效果，從而影響穿刺參數(shù)的確定。CT、超聲或C臂機(jī)等醫(yī)學(xué)影像設(shè)備雖然能得到軟組織內(nèi)穿刺針的偏斜狀態(tài)，但此類設(shè)備因價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、占用空間大等問題，無法大量應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室研宄當(dāng)中。超聲設(shè)備與軟組織的接觸還會(huì)引起軟組織正常形態(tài)的改變，因而干擾靶點(diǎn)定位誤差的準(zhǔn)確判定。此外，影像設(shè)備_級(jí)別的分辨率亦無法判定穿刺針I(yè)mm之內(nèi)的偏斜狀態(tài)。
[0004]另外一些學(xué)者嘗試使用類生物明膠進(jìn)行穿刺過程的模擬研宄，對(duì)明膠內(nèi)設(shè)置的目標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)行針尖定位實(shí)驗(yàn)，以優(yōu)化穿刺針的結(jié)構(gòu)形態(tài)和進(jìn)針策略。明膠模擬實(shí)驗(yàn)過程中，穿刺對(duì)象的可視化問題雖然得到了有效解決，但明膠與動(dòng)物軟組織的材料力學(xué)性能相差較大。穿刺明膠的模擬研宄中所得穿刺針的結(jié)構(gòu)參數(shù)和進(jìn)針策略并不能完全適用于動(dòng)物軟組織的穿刺過程，大大降低了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的作用，也降低了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)臨床治療的指導(dǎo)效果。此夕卜，面向不同動(dòng)物軟組織的穿刺過程，如肝臟、腎臟、前列腺等，往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去配置具有相近材料力學(xué)性能的明膠模型，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。
[0005]因此，尋找一種既能保證動(dòng)物軟組織穿刺過程的真實(shí)性又能準(zhǔn)確判定軟組織內(nèi)穿刺針偏斜狀態(tài)的方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定模型。
[0007]本發(fā)明還提供一種利用上述判定模型進(jìn)行穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定模型，包括動(dòng)物軟組織、明膠、透明方盒及盒蓋，所述盒蓋上設(shè)置有多個(gè)整齊排列的陣列孔；所述明膠置于透明方盒內(nèi)，所述盒蓋設(shè)置在透明方盒上端，所述動(dòng)物軟組織置于盒蓋上。
[0010]優(yōu)選的，所述陣列孔的孔徑為5?8mm。
[0011]優(yōu)選的，所述透明方盒的橫向面積大于待穿刺動(dòng)物軟組織的橫截面積。
[0012]優(yōu)選的，所述透明方盒的材質(zhì)為塑料或玻璃。
[0013]一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定方法，包括以下步驟:
[0014](I)將配置好的明膠裝滿在透明方盒中，然后將加工有整齊陣列孔的盒蓋蓋在透明方盒上端，得到無動(dòng)物軟組織的空載模型，將空載模型放置在試驗(yàn)臺(tái)上，以備后用；
[0015](2)對(duì)夾持在現(xiàn)有穿刺裝置主軸頭上的穿刺針涂覆標(biāo)記顏料，并將穿刺針置于空載模型上方；
[0016](3)啟動(dòng)穿刺裝置向下進(jìn)給穿刺針，對(duì)空載模型進(jìn)行穿刺，穿刺針穿過盒蓋上某個(gè)陣列孔的中心對(duì)透明方盒中的明膠進(jìn)行穿刺；待穿刺完成后，回退穿刺針，標(biāo)記顏料便記錄下穿刺針在明膠內(nèi)的穿刺起點(diǎn)和穿刺路徑；
[0017](4)將事先制備好的動(dòng)物軟組織置于盒蓋上，并使目標(biāo)靶點(diǎn)位于穿刺起點(diǎn)的正上方或與穿刺起點(diǎn)重合，得到復(fù)合模型；以穿刺裝置導(dǎo)向器下端出口為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維直角坐標(biāo)，其中，以顏料標(biāo)記的空載穿刺路徑為Z軸，與透明方盒側(cè)壁相互垂直的兩條直線為X軸、Y軸；
[0018](5)以與步驟(3)穿刺過程相同的參數(shù)再次啟動(dòng)穿刺裝置，穿刺裝置向下進(jìn)給穿刺針，對(duì)復(fù)合模型進(jìn)行穿刺；同時(shí)利用垂直布置在X軸、Y軸方向上的相機(jī)采集明膠內(nèi)穿刺針的偏斜狀態(tài)和顏料標(biāo)記的空載穿刺路徑，并測(cè)量照片中穿刺針上多個(gè)點(diǎn)的X軸、Y軸方向上的偏斜量，根據(jù)比例關(guān)系，得到明膠內(nèi)多個(gè)點(diǎn)在X軸、Y軸方向上的實(shí)際偏斜量；
[0019](6)根據(jù)步驟(5)中得到明膠內(nèi)多個(gè)點(diǎn)在X軸、Y軸方向上的實(shí)際偏斜量，擬合穿刺針在X軸、Y軸方向上的偏斜函數(shù)X(Z)和Y(Z)，根據(jù)勾股定理，得到穿刺針的空間偏斜函數(shù)；
[0020](7)將動(dòng)物軟組織內(nèi)穿刺針上任意點(diǎn)的軸向坐標(biāo)Z代入由步驟(6)得到的空間偏斜函數(shù)，便能求得該點(diǎn)穿刺針的空間偏斜量。
[0021]優(yōu)選的，步驟(I)中，所述明膠與盒蓋的上端面平齊。
[0022]優(yōu)選的，步驟(2)中，使用裝有顏料的注射器對(duì)夾持在現(xiàn)有穿刺裝置主軸頭上的穿刺針涂覆標(biāo)記顏料。
[0023]優(yōu)選的，步驟(4)中，所述事先制備好的動(dòng)物軟組織是指按照現(xiàn)有技術(shù)將動(dòng)物軟組織在含預(yù)期靶點(diǎn)的平面內(nèi)切割，去除多余的軟組織后得到的動(dòng)物軟組織。
[0024]優(yōu)選的，步驟(5)中，所述根據(jù)比例關(guān)系，得到明膠內(nèi)多個(gè)點(diǎn)在X軸、Y軸方向上的實(shí)際偏斜量是指:a、以照片中穿刺針的直徑與穿刺針的實(shí)際直徑的比為比例尺；b、通過測(cè)量照片中穿刺針上某個(gè)點(diǎn)的X軸、Y軸方向上的偏斜量，并根據(jù)比例尺，即可換算得到該點(diǎn)在明膠中實(shí)際的X軸、Y軸方向上的偏斜量。
[0025]優(yōu)選的，步驟(6)中，所述擬合穿刺針在X軸、Y軸方向上的偏斜函數(shù)X (Z)和Y (Z)是指利用Matlab軟件擬合X (Z)和Y(Z)的函數(shù)關(guān)系。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:
[0027]1.本發(fā)明判定方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)穿刺針靶點(diǎn)定位精度準(zhǔn)確而便捷的判定，既能保證動(dòng)物軟組織穿刺過程的真實(shí)性又能準(zhǔn)確判定軟組織內(nèi)穿刺針偏斜狀態(tài)。
[0028]2.本發(fā)明對(duì)動(dòng)物軟組織內(nèi)穿刺針偏斜狀態(tài)的判定便捷、準(zhǔn)確，無需價(jià)格昂貴的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。
[0029]3.本發(fā)明無需配置材料力學(xué)性能要求嚴(yán)格的類動(dòng)物軟組織明膠模型，且無需花費(fèi)大量的時(shí)間和精力研宄所需穿刺動(dòng)物軟組織的材料力學(xué)性能，并能提高穿刺實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性及參數(shù)優(yōu)化的準(zhǔn)確性。
[0030]4.本發(fā)明判定模型中對(duì)明膠內(nèi)穿刺的穿刺針還能起到放大穿刺誤差的作用，使穿刺針的偏斜狀態(tài)更容易觀察。
[0031]5.本發(fā)明判定模型中盒蓋上加工出排列整齊的陣列孔，為明膠提供多個(gè)穿刺通道，提高了明膠利用率。
[0032]6.本發(fā)明利用構(gòu)建的判定模型進(jìn)行穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度判定的方法，解決了穿刺針植入不可視軟組織后其偏斜狀態(tài)難以觀察而引起的靶點(diǎn)定位精度難以判定的問題，且該判定方法操作簡(jiǎn)便，作用明顯、效果顯著。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明穿刺針定位精度的判定原理圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中加工有整齊陣列孔的盒蓋；
[0035]圖3為本發(fā)明中裝滿明膠帶陣列孔盒蓋的透明方盒；
[0036]圖4為本發(fā)明中對(duì)穿刺針涂覆標(biāo)記顏料的示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明中對(duì)空載模型穿刺后對(duì)穿刺起點(diǎn)和穿刺路徑記錄的示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明中將動(dòng)物軟組織置于盒蓋上復(fù)合模型的示意圖；
[0039]圖7為本發(fā)明中穿刺針對(duì)復(fù)合模型進(jìn)行穿刺的過程示意圖；
[0040]其中:1、立柱;201、Z軸進(jìn)給平臺(tái);202、滑塊;301、主軸頭;302、穿刺針夾頭;401、穿刺針；402、空載模型下的穿刺路徑；403、復(fù)合模型下的穿刺路徑；5、導(dǎo)向器；6、相機(jī)；701、動(dòng)物軟組織；702、盒蓋；703、透明方盒；704、明膠；8、陣列孔。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。
[0042]實(shí)施例1:
[0043]本實(shí)施例提供一種穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定模型，如圖2、圖3和圖6所示，包括動(dòng)物軟組織701、明膠704、透明方盒703及盒蓋702，盒蓋702上設(shè)置有整齊排列的陣列孔8，共四排七列，孔徑為5_，實(shí)際操作過程中，盒蓋上排列孔的數(shù)量可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)置；明膠704置于透明方盒703內(nèi)，盒蓋702設(shè)置在透明方盒703上端，動(dòng)物軟組織701置于盒蓋702上，即得到復(fù)合模型，用于后續(xù)穿刺針植入動(dòng)物軟組織后靶點(diǎn)定位精度的判定。在不放置動(dòng)物軟組織的情況下，明膠、透明方盒和盒蓋組成空載模型，用于記錄穿刺針在空載過程中的穿刺路徑，為穿刺動(dòng)物軟組織后穿刺針偏斜狀態(tài)的判定提供參考基準(zhǔn)。
[0044]其中，透明方盒703為塑料透明方盒，便于觀察和取放，實(shí)際操作過程中，可使用透明度較高的塑料飯盒作為實(shí)驗(yàn)用透明方盒，且要求透明方盒703的橫向面積大于需穿刺動(dòng)物軟組織701的橫截面積；盒蓋702具有一定程度的承載力，利用盒蓋702承載軟組織的重力以防止明膠的變形；盒蓋上加工出的陣列孔8的孔徑要略大于穿刺針經(jīng)過陣列孔的橫向偏斜量，以防止盒蓋與穿刺針的干涉進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)效果。
[0045]模型中所用到的明膠704，其成分為:食用明膠粉(羅撥臣)、醫(yī)用甘油(Paimini純度