CN105796185B - 一种3d打印的胸腔内腔镜术中t型定位装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，T型定位装置为采用3D打印的包括横段和竖直段的“T”型结构，竖直段上端与横段的中部以一定角度相交，竖直段内设有与横段表面相通的中空管道，竖直段的下端封闭且竖直段上设有与中空管道相连的病灶标记装置；使用时，将定位装置适形地置入患者胸腔内并固定，通过病灶标记装置对肺磨玻璃结节处进行标记。本发明的T型定位装置，避免了手触法无法触及结节和定位针或微弹簧圈脱钩或落入胸腔的问题，减少了患者CT的照射量和医务人员的工作量，且去除了因解剖原因造成的受肋骨或肩胛骨的影响。

Description

一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种确定胸腔内肺磨玻璃结节的方法及装置，尤其涉及一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置及其制备方法。

背景技术

肺部磨玻璃结节是指CT图像上表现为密度轻度增加，但其内的支气管血管束仍可显示。此征象常为早期肺部疾患的表现，及时发现并诊断对临床正确处理及预后的判断有重要意义，具有腔镜下手术切除指征，但由于病灶微小，同时，胸腔是一个体内腔隙，肺组织和胸腔可随呼吸而运动，因此肺部磨玻璃结节难以准确定位。

目前确定肺部磨玻璃结节(GGO)的方法主要有三种：1.术中探查定位：手术中，根据胸部CT显示的肺结节大致范围，术者凭借自身经验和手指敏感度利用手触法触摸肺组织以确定肺结节部位；2.术前CT引导下经胸壁hook-wire定位针定位肺结节：hook-wire定位针是乳腺外科常用定位针，前端带有倒钩，穿刺后可锚定在病灶处从而起到定位的作用。术前CT确定穿刺针进针位置、角度及深度，下经胸壁行肺穿刺将套针穿刺进入肺结节内或结节周围，释放钩子锚定病灶，收回套针，再次行CT确认位置无误即可行腔镜手术切除已定位的病灶；3.术前CT引导下经胸壁micro-coil微弹簧圈定位肺结节：micro-coil微弹簧圈是由可安全用于人体内金属材料制成，其高密度特性在透视下很容易被发现。术前，CT扫描确定穿刺针进针位置、角度及深度，穿刺后行CT确认位置满意即可于套针内推入微弹簧圈，弹簧圈会锚定在病灶内或者周围，收回套针，再次行CT确认位置无误即可行腔镜手术切除已定位的病灶。

但现有技术可能存在以下问题：手摸法无法触及肿块：肺磨玻璃结节直径太小、距离脏层胸膜下深度过深或者质地较柔软与周围正常肺组织难以区分，极大地增加了手法触摸的难度，难以准确定位结节，最终导致无法完全切除肺结节；肋骨/肩胛骨影响定位：由于解剖原因，肋骨/肩胛骨遮挡的肺组织所存在的肺磨玻璃结节(GGO)无法通过体外穿刺的方法进行定位；定位装置掉落：对于距离脏层胸膜比较近，位置较浅的小结节，hook-wire定位针和micro-coil微弹簧圈在进行肺穿刺定位时由于穿刺过浅，未完全进入肺实质内，易导致定位针或弹簧圈脱落掉入胸腔内；气胸：hook-wire定位针或micro-coil微弹簧圈进行肺穿刺，有时需要多次反复穿刺才能准确定位，此时易引起肺破裂而引发气胸，患者产生胸闷气促、呼吸困难等表现，或定位针误伤血管而引起出血，甚至血胸，患者产生脉速、血压下降等失血性休克表现放射辐射影响：术前经CT经hook-wire定位针或micro-coil微弹簧圈引导穿刺定位，均需短期内接受多次CT以确定定位点位，增加了患者和医生受到的辐射量。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出的一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置及其制备方法。

本发明根据患者术前的胸部CT，利用三维重建技术和3D打印技术根据三维重建的图像个性化地打印出符合患者胸腔特点的定位装置，可适形地放入胸腔内，并且在该装置中设有根据CT图像特别定位的病灶标记装置，针对肺磨玻璃结节(GGO)可精确地在胸膜表层进行定位。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，所述T型定位装置为采用3D打印的包括横段和竖直段的“T”型结构，所述竖直段上端与横段的中部以一定角度相交，所述竖直段内设有与横段表面相通的中空管道，所述竖直段的下端封闭且竖直段上设有与中空管道相连的病灶标记装置；使用时，将定位装置适形地置入患者胸腔内并固定，通过病灶标记装置对肺磨玻璃结节处进行标记。

进一步地，所述中空管道的横截面为环形，其外直径为1-3cm、内直径为0.5cm。

进一步地，所述横段的上表面为正方形的弧形曲面，所述弧形曲面的形状为三维模型中将行微创切口周围胸廓表面的形状。

进一步地，所述病灶标记装置为定位针或电极膜片。

进一步地，所述定位针为连接组装活检枪弹射部件或者一次性血糖采血针弹射部件。

进一步地，所述定位装置的材质选自ABS(ABS树脂)、PLA(聚乳酸)、PVA(聚乙烯醇)和Nylon(尼龙)中的一种或几种。

本发明的第二个方面提供一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中T型定位装置的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据预处理得到的具有肺部肿块的定位片图像，利用建模软件对患者胸腔和具有肺磨玻璃结节的肺部进行模型重建，并在胸腔和肺部模型上标注肺磨玻璃结节的位置；

(2)再次利用建模软件在胸腔和肺部模型上根据预设的微创切口构建贴合的“T”型结构模型，其包括横段和竖直段；

(3)将“T”型结构模型导入打印机并进行3D打印，并在打印的竖直段上相应位置处安装与中空管道相连通的病灶标记装置，制得T型定位装置，其中，所述病灶标记装置为定位针或电极膜片。

进一步地，所述建模软件选自3Dmax、PROE、UG、AUTOCAD或SOLIDWORK。

进一步地，所述步骤(1)定位片图像包括患者肺部的肺磨玻璃结节的部位、大小、深度和个数。

进一步地，所述步骤(3)中采用3D打印的横段和竖直段的夹角根据三维模型上的肺磨玻璃结节和将行手术微创切口的位置而定。

进一步地，所述步骤(4)中病灶标记装置在竖直段上的位置根据三维模型中肺磨玻璃结节的部位在竖直段上的位置而定。

本发明的第三个方面提供一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中“T”型定位方法，包括以下步骤：

(1)对患者的的胸部进行CT扫描，得到肺磨玻璃结节的肺部定位片图像；

(2)根据肺部定位片图像，利用三维重建技术对患者胸腔和具有肺磨玻璃结节的肺部进行电脑模型重建；

(3)采用3D打印技术根据三维重建的图像打印出符合患者胸腔特点的T型定位装置，所述T型定位装置的竖直段上设有根据定位片图像特别定位的病灶标记装置；

(4)将T型定位装置适形地置入患者胸腔内，将横段的上表面于微创切口周围胸廓相贴合，横段的一端指向胸骨上窝，使T型定位装置固定在胸腔内，，然后通过所述病灶标记装置对肺磨玻璃结节处的胸膜表层进行标记定位。

进一步地，所述步骤(1)CT扫描包括标记并计算患者肺部的肺磨玻璃结节的部位、大小、深度和个数。

进一步地，步骤(4)中所述将T型定位装置适形地置入患者胸腔内在患侧肺萎陷的情况下进行，所述对肺磨玻璃结节处的胸膜表层进行标记定位在患侧通气复张完全的情况下进行。

进一步地，所述步骤(4)中病灶标记装置采用染色标记定位或电灼烧标记定位。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中T型定位装置，避免了手触法无法触及结节；避免了hook-wire定位针或micro-coil微弹簧圈脱钩或落入胸腔的问题；避免了穿刺定位引起的气胸、出血、术前/术中移位的问题；减少了患者CT的照射量，减轻辐射；同时减少了术前医务人员进行肺部穿刺定位的工作量；本发明由于是在胸腔内定位，去除了因解剖原因造成的受肋骨或肩胛骨的影响。

附图说明

附图1为本发明腔镜术中胸腔内T型定位装置的结构示意图；

附图2为本发明腔镜术中胸腔内T型定位装置中竖直段上定位点的截面图；

附图3为本发明腔镜术中胸腔内T型定位装置的定位针的结构示意图；

附图4为本发明腔镜术中胸腔内T型定位装置的使用状态图；

附图5为患者两侧肺的CT图像；

附图6为患者单侧肺的CT图像；

附图7为患者胸腔及单侧肺的CT图像；

其中，1-横段，2-竖直段，3-中空管道，4-定位点，5-定位针。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

如图1-4所示，本实施例提供了一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中T型定位装置，所述T型定位装置为采用3D打印的包括横段1和竖直段2的“T”型结构，所述竖直段2上端与横段1的中部以角度α相交，所述竖直段2内设有与横段1表面相通的中空管道3，所述竖直段2的下端封闭且竖直段2上设有与中空管道3相连的病灶标记装置；使用时，将T型定位装置适形地置入患者胸腔内并固定，通过病灶标记装置对肺磨玻璃结节处进行标记。

本实施例的T型定位装置是根据患者三维重建模型运用3D打印技术制作，打印材料可为ABS(ABS树脂，AcrylonitrileButadieneStyrene)、PLA(聚乳酸，PolyLacticAcid)和PVA(聚乙烯醇，Polyvinylalcohol)、Nylon(尼龙)等。

其中，如图1所示，“T”型结构是一种“T”形结构，可分为横段1和竖直段2，竖直段2内设有圆柱形中空管道3，外直径1-3cm，内直径0.5cm，长度依据患者胸腔三维重建模型、肺磨玻璃结节和手术微创切口的位置而设计，竖直段2上端连接接横段1的中部，竖直段2与横段1相交处的角度α是根据患者胸腔三维重建模型、肺磨玻璃结节和手术微创切口的位置而定；可根据患者肺磨玻璃结节(GGO)的部位在竖直段上设置定位点4，在定位点4上制作病灶标记装置，病灶标记装置与竖直段2的中空管道4相连，病灶标记装置可以是定位针5(图3所示)，定位针5外直径0.5mm，内直径0.4-0.45mm,长度1.5-2cm，定位针5的中空管道中加入医用显色剂，固定位置满意后将定位针5刺入肺磨玻璃结节对应投影的脏层胸膜即可染色定位，定位针5也可以设计为或连接组装活检枪弹射部件或者一次性血糖采血针弹射部件，可以通过扳机控制针座弹射系统将定位针刺入肺磨玻璃结节；病灶标记装置也可以是电极膜片，在T型定位装置的中空管道中可放入电池或者电线，固定位置满意后可触发电流在肺磨玻璃结节对应投影的脏层胸膜上电灼烧标记定位；

优选地是，T型定位装置的横段1的上表面为长方形的弧形曲面，中间与竖直段2相连，相连处表面有孔，为竖直段2内的中空管道4出口，弧形曲面的具体形状依据患者在平卧位鼓肺时微创切口周围胸廓表面的三维重建模型设计。横段1两端为A、B端，A端在定位时指向胸骨上窝(图1和4所示)。

本发明的还提供了一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中T型定位装置的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据预处理得到的具有肺部肿块的定位片图像，利用建模软件对患者胸腔和具有肺磨玻璃结节的肺部进行模型重建，并在胸腔和肺部模型上标注肺磨玻璃结节的位置；

(2)再次利用建模软件在胸腔和肺部模型上根据预设的微创切口构建贴合的“T”型结构模型，其包括横段和竖直段；

(3)将“T”型结构模型导入打印机并进行3D打印，并在打印的竖直段上相应位置处安装与中空管道相连通的病灶标记装置，制得“T”定位装置，其中，所述病灶标记装置为定位针或电极膜片。

其中，所述建模软件选自3Dmax、PROE、UG、AUTOCAD或SOLIDWORK。所述步骤(1)定位片图像包括肺部的肺磨玻璃结节的部位、大小、深度和个数。步骤(3)中采用3D打印的横段和竖直段的夹角根据三维模型上的肺磨玻璃结节和将行手术微创切口的位置而定。所述步骤(4)中病灶标记装置在竖直段上的位置根据三维模型中肺磨玻璃结节的部位在竖直段上的位置而定。

本实施例还提供了一种基于3D打印的肺磨玻璃结节胸腔内腔镜术中“T”型定位方法，包括步骤：(1)对患者的的胸部进行CT扫描，得到肺磨玻璃结节的肺部定位片图像；(2)根据肺部定位片图像，利用三维重建技术对患者胸腔和具有肺磨玻璃结节的肺部进行电脑重建；(3)采用3D打印技术根据三维重建的图像打印出符合患者胸腔特点的T型定位装置，所述T型定位装置中设有根据定位片图像特别定位的病灶标记装置；(4)将T型定位装置适形地置入患者胸腔内，通过所述病灶标记装置对肺磨玻璃结节处的胸膜表层进行标记定位。

具体的使用该方法对肺磨玻璃结节进行胸腔定位时，患者在术前行胸部CT，标记并计算患者的肺磨玻璃结节(GGO)部位、大小、深度和个数；结合胸部CT，利用3D打印技术配套软件对患者的胸腔及具有肺磨玻璃结节(GGO)的肺部进行电脑三维模型重建，在电脑模型上确定肺磨玻璃结节(GGO)，根据三维重建模型设计如上所述的“T”型定位器；术中，患者麻醉后，在单肺通气情况下使患侧肺萎陷，通过胸腔镜手术切口将“T”型定位器的竖直段通过微创切口置入胸腔内，贴合胸廓表面横段A端指向胸骨上窝，嘱麻醉师通气鼓肺，肺复张完全，“T”型的竖直段的定位装置即可在确定的位置定位，并在脏层胸膜标记，然后根据脏层胸膜标记，即可确定肺结节部位，用于腔镜下肺楔形切除术。

应用实施例：

一男性患者，60岁，身高172cm,体重63kg,体检时胸部CT发现右肺中叶外侧段水平裂下1.5cm，约平齐第6胸椎处，有一磨玻璃结节0.5*0.5cm，消炎治疗2周后随访，复查CT发现病灶未减小反而增大，1*1cm，决定行胸腔镜下手术治疗，手术切口在右侧第4肋间隙与腋前线的交点处。根据患者的胸部CT图像，利用3Dmax对患者的胸腔及具有肺磨玻璃结节(GGO)的肺部进行电脑三维模型重建(图5、6、7)，在电脑模型上确定肺磨玻璃结节(GGO)位置，肺磨玻璃结节与手术切口的空间直线距离约为7cm，根据电脑三维重建的图像设计“T”型定位器:

(1)、L型定位器的制备：“T”型定位器是由PLA材料通过3D打印的方式制作。竖直段为圆柱形中空管道，外直径1-3cm，内直径0.5cm，长9cm，距离末端2cm处设有定位点，在横段贴合胸廓表面且A端指向胸骨上窝后，竖直段的定位点的方向指向肺磨玻璃结节的位置。定位点上有定位针，定位针外直径0.5mm，内直径0.4mm,定位针后连一胶管，胶管中装有亚甲蓝染料，胶管长0.6m,一端连定位针，可从“T”型定位器的中空管道中伸入，在位置放入固定前，针头可收缩在横段的管腔中。“T”型定位器的横段为正面图为长方形的弧形曲面，长15cm，宽4.5cm,弧形曲面的具体形状依据患者在平卧位鼓肺时微创切口周围胸廓表面的三维重建模型设计,可适形地贴合患者的胸廓表面。

(2)、L型定位器的置入：患者麻醉后单肺通气，取平卧位，于患者右侧第4、5肋间用手术刀划3cm刀口，使用腔镜器械建立手术通道，嘱麻醉师将患侧肺萎陷后，现将带有定位针同时装好亚甲蓝染料的胶管从定位器横段中间的小孔中放入，然后将定位器竖直段通过手术切口插入胸腔中，胶管的尾端位于胸部切口外。使“T”型定位器的横段贴合胸廓表面，横段A端指向胸骨上窝，嘱麻醉师通气鼓肺，肺复张完全，恢复到三维重建模型的大小，此时将竖直段上的定位点与肺表面胸膜贴合的位置即为病灶标记点；

(3)、定位标记：快速向胸腔内推送位于体外的胶管，使另一端的定位针刺出，刺入肺表面并注入染料，然后收回胶管，嘱咐麻醉师将肺萎陷，使用腔镜手术器械将定位器从切口处取出，定位结束。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述定位装置为采用3D打印的包括横段和竖直段的“T”型结构，所述竖直段上端与横段的中部以一定角度相交，所述竖直段内设有与横段表面相通的中空管道，所述竖直段的下端封闭且竖直段上设有与中空管道相连的病灶标记装置；使用时，将定位装置适形地置入患者胸腔内并固定，通过病灶标记装置对肺磨玻璃结节处进行标记。

2.根据权利要求1所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述中空管道的横截面为环形，其外直径为1-3cm、内直径为0.5cm。

3.根据权利要求1所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述横段的上表面为正方形的弧形曲面，所述弧形曲面的形状为三维模型中微创切口周围胸廓表面的形状。

4.根据权利要求1所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述病灶标记装置为定位针或电极膜片。

5.根据权利要求4所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述定位针为连接组装活检枪弹射部件或者一次性血糖采血针弹射部件。

6.根据权利要求1所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置，其特征在于，所述定位装置的材质选自ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯醇和尼龙中的一种或几种。

7.如权利要求1-6任一项所述3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据预处理得到的具有肺部肿块的定位片图像，利用建模软件对患者胸腔和具有肺磨玻璃结节的肺部进行模型重建，并在胸腔和肺部模型上标注肺磨玻璃结节的位置；

(2)再次利用建模软件在胸腔和肺部模型上根据预设的微创切口构建贴合的“T”型结构模型，其包括横段和竖直段；

(3)将“T”型结构模型导入打印机并进行3D打印，并在打印的竖直段上安装与中空管道相连通的病灶标记装置，制得T型定位装置，其中，所述病灶标记装置在竖直段上的位置根据三维模型中肺磨玻璃结节的部位在竖直段上的位置而定，所述病灶标记装置为定位针或电极膜片。

8.根据权利要求7所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置的制备方法，其特征在于，所述建模软件选自3Dmax、PROE、UG、AUTOCAD或SOLIDWORK。

9.根据权利要求7所述的3D打印的胸腔内腔镜术中T型定位装置的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用3D打印的竖直段和横段的夹角根据三维模型上的肺磨玻璃结节和将行手术微创切口的位置而定。