CN107320162A - 一种肿瘤穿刺手术用3d打印模板的设计方法 - Google Patents

一种肿瘤穿刺手术用3d打印模板的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，该方法由穿刺路径设计和模板基板设计两部分组成，其中穿刺路径设计是以CT扫描影像数据为依据，依托软件工具先确定主穿刺路径，而后判断是否存在门隔效应，当存在门隔效应时在每个穿刺点周围添加与主穿刺路径平行、深度不一的辅助穿刺路径，而后再添加安全备用穿刺区域及穿刺路径，最终生成穿刺路径三维数据模型；模板基板设计也是以CT扫描影像数据为依据，先勾画出基板区域，再贴合患者体表，经修剪和打孔减重后设计定位基准，进而得到模板基板三维数据模型。以上所得的穿刺路径三维数据模型与模板基板三维数据模型二者相结合即构成了穿刺模板的整体三维数据，可直接用于执行3D打印。

Description

一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法
技术领域
本发明涉及临床医学技术领域，同时涉及医疗器械和3D打印技术，具体涉及一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法。
背景技术
穿刺手术是临床上用于肿瘤活检的必要技术手段，用于为肿瘤的病理诊断提供依据。骨与软组织肿瘤是严重危害人类健康及生命的疾病，近年来发病率逐渐上升，且发病年龄逐渐下降，早期发现、正确的诊断、及时治疗对预后有重要的影响。随着检查手段及方法的不断提高，使诊断的正确率逐渐提高，但仍有很大一部分肿瘤不具备典型的影像学特点，诊断困难。正确的诊断需要临床、影像及病理三结合。其中，病理诊断对治疗方案的选择起着关键作用，穿刺活检是获取病理诊断的主要途径。
手术模型是辅助医生执行手术的重要工具，尤其是异型或个性化的模板，可极大提高医生进行复杂手术的成功率。比如，医生在进行穿刺手术时，需要在病灶部位将针穿入体内，如何保证穿刺孔的位置、方向和深度？这往往需要依靠医生的经验完成。如果事先根据病灶设计并打印的导板孔贴在病灶处，穿刺针头沿着导板孔，很容易保证穿刺的位置、方向和深度。
现有技术的穿刺手术模板普遍由人工处理，方法是在病人影像数据上复描穿刺路径，然后逆向建模，生成三维图形数据，最后由3D打印机生产。这种方法不能完全复原临床医生的设计意图，每个环节人工处理后存在较大误差，从而影响手术效果，极有可能引发医疗事故。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，以解决现有技术中用于穿刺手术的3D模型主要依靠人员手动完成，因而不够准确的技术问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，包括以下步骤：
1)设计穿刺路径：在穿刺设计软件上勾画出靶区，通过两点定位法确定靶区内主穿刺路径的穿刺方向、穿刺深度、穿刺分布和穿刺数量，所述主穿刺路径避开脏器、血管、神经、骨骼；
其中，对于存在门隔效应的部位，在每个穿刺点周围添加辅助穿刺路径，所述辅助穿刺路径与所述主穿刺路径平行，二者深度不相同；在靶区外围3～5mm范围内添加备用穿刺区域，所述备用穿刺区域上的穿刺路径也与主穿刺路径平行，并添加定位基准柱；
在所述穿刺设计软件上通过三层穿刺设计模式，生成穿刺路径的三维数据模型；
2)设计模板基板：在模板基板设计软件上，以靶区中心点为几何中心作边长为20cm的正方形，该正方形区域即为基板区域，设计其厚度为1～2mm；
将所述基板区域投影到患者体表，使基板区域贴合患者体表，根据患者体表形态修剪基板，而后在基板区域上打孔若干个；
在基板上设计十字交叉定位基准线以及定位基准柱；
在所述模板基板设计软件上，生成模板基板的三维数据模型；
3)组合穿刺模板：将穿刺路径三维数据模型上的定位基准柱重合到模板基板三维数据模型的定位基准柱上，使之重合等高，即得到穿刺模板三维数据。
2、根据权利要求1所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于步骤3)完成后继续执行以下步骤4)：基于所述穿刺模板三维数据由3D打印设备生产。
作为优选，所述3D打印设备为工业级3D打印设备。
作为优选，步骤2)中在基板区域上所打孔的半径为1～2cm。
作为优选，当步骤1)中不存在门隔效应时，则略去辅助穿刺路径。
作为优选，步骤2)中所述打孔的位置不规则，所打孔洞用于减轻基板重量。
本发明提供了一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，该方法由穿刺路径设计和模板基板设计两部分组成，其中穿刺路径设计是以CT扫描影像数据为依据，依托软件工具先确定主穿刺路径，而后判断是否存在门隔效应，当存在门隔效应时在每个穿刺点周围添加与主穿刺路径平行、深度不一的辅助穿刺路径，而后再添加安全备用穿刺区域及穿刺路径，最终生成穿刺路径三维数据模型；模板基板设计也是以CT扫描影像数据为依据，先勾画出基板区域，再贴合患者体表，经修剪和打孔减重后设计定位基准，进而得到模板基板三维数据模型。以上所得的穿刺路径三维数据模型与模板基板三维数据模型二者相结合即构成了穿刺模板的整体三维数据，可直接用于执行3D打印。
打印所得的产品构型能够精准反应病灶区域的真实空间构型，可完全还原临床医生的设计意图，保证穿刺手术的安全性和治疗效果，工作效率大幅度提升，成本大幅度降低，操作简单，维护方便。同时，由于该方法能适应各种病例的具体情况，反应不同部位肿瘤的形态及其与周围生物学组织的关系，因而满足了病人个体化、精准化医疗的需求。
附图说明
图1是本发明方法的流程框架图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，包括以下步骤：
1)设计穿刺路径：在穿刺设计软件上勾画出靶区，通过两点定位法确定靶区内主穿刺路径的穿刺方向、穿刺深度、穿刺分布和穿刺数量，所述主穿刺路径避开脏器、血管、神经、骨骼；
其中，对于存在门隔效应的部位，在每个穿刺点周围添加辅助穿刺路径，所述辅助穿刺路径与所述主穿刺路径平行，二者深度不相同；在靶区外围3～5mm范围内添加备用穿刺区域，所述备用穿刺区域上的穿刺路径也与主穿刺路径平行，并添加定位基准柱；
在所述穿刺设计软件上通过三层穿刺设计模式，生成穿刺路径的三维数据模型；
2)设计模板基板：在模板基板设计软件上，以靶区中心点为几何中心作边长为20cm的正方形，该正方形区域即为基板区域，设计其厚度为1～2mm；
将所述基板区域投影到患者体表，使基板区域贴合患者体表，根据患者体表形态修剪基板，而后在基板区域上打孔若干个；
在基板上设计十字交叉定位基准线以及定位基准柱；
在所述模板基板设计软件上，生成模板基板的三维数据模型；
3)组合穿刺模板：将穿刺路径三维数据模型上的定位基准柱重合到模板基板三维数据模型的定位基准柱上，使之重合等高，即得到穿刺模板三维数据。
在以上技术方案的基础上，满足以下条件：
步骤3)完成后继续执行以下步骤4)：基于所述穿刺模板三维数据由3D打印设备生产。
所述3D打印设备为工业级3D打印设备。
步骤2)中在基板区域上所打孔的半径为1～2cm。
当步骤1)中不存在门隔效应时，则略去辅助穿刺路径。
步骤2)中所述打孔的位置不规则，所打孔洞用于减轻基板重量。
实施例2
一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，包括以下步骤：
1)设计穿刺路径：在穿刺设计软件上勾画出靶区，通过两点定位法确定靶区内主穿刺路径的穿刺方向、穿刺深度、穿刺分布和穿刺数量，所述主穿刺路径避开脏器、血管、神经、骨骼；
其中，对于存在门隔效应的部位，在每个穿刺点周围添加辅助穿刺路径，所述辅助穿刺路径与所述主穿刺路径平行，二者深度不相同；在靶区外围3～5mm范围内添加备用穿刺区域，所述备用穿刺区域上的穿刺路径也与主穿刺路径平行，并添加定位基准柱；
在所述穿刺设计软件上通过三层穿刺设计模式，生成穿刺路径的三维数据模型；
2)设计模板基板：在模板基板设计软件上，以靶区中心点为几何中心作边长为20cm的正方形，该正方形区域即为基板区域，设计其厚度为1～2mm；
将所述基板区域投影到患者体表，使基板区域贴合患者体表，根据患者体表形态修剪基板，而后在基板区域上打孔若干个；
在基板上设计十字交叉定位基准线以及定位基准柱；
在所述模板基板设计软件上，生成模板基板的三维数据模型；
3)组合穿刺模板：将穿刺路径三维数据模型上的定位基准柱重合到模板基板三维数据模型的定位基准柱上，使之重合等高，即得到穿刺模板三维数据。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于包括以下步骤：
1)设计穿刺路径：在穿刺设计软件上勾画出靶区，通过两点定位法确定靶区内主穿刺路径的穿刺方向、穿刺深度、穿刺分布和穿刺数量，所述主穿刺路径避开脏器、血管、神经、骨骼；
其中，对于存在门隔效应的部位，在每个穿刺点周围添加辅助穿刺路径，所述辅助穿刺路径与所述主穿刺路径平行，二者深度不相同；在靶区外围3～5mm范围内添加备用穿刺区域，所述备用穿刺区域上的穿刺路径也与主穿刺路径平行，并添加定位基准柱；
在所述穿刺设计软件上通过三层穿刺设计模式，生成穿刺路径的三维数据模型；
2)设计模板基板：在模板基板设计软件上，以靶区中心点为几何中心作边长为20cm的正方形，该正方形区域即为基板区域，设计其厚度为1～2mm；
将所述基板区域投影到患者体表，使基板区域贴合患者体表，根据患者体表形态修剪基板，而后在基板区域上打孔若干个；
在基板上设计十字交叉定位基准线以及定位基准柱；
在所述模板基板设计软件上，生成模板基板的三维数据模型；
3)组合穿刺模板：将穿刺路径三维数据模型上的定位基准柱重合到模板基板三维数据模型的定位基准柱上，使之重合等高，即得到穿刺模板三维数据。
2.根据权利要求1所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于步骤3)完成后继续执行以下步骤4)：基于所述穿刺模板三维数据由3D打印设备生产。
3.根据权利要求2所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于所述3D打印设备为工业级3D打印设备。
4.根据权利要求1所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于步骤2)中在基板区域上所打孔的半径为1～2cm。
5.根据权利要求1所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于当步骤1)中不存在门隔效应时，则略去辅助穿刺路径。
6.根据权利要求1所述的一种肿瘤穿刺手术用3D打印模板的设计方法，其特征在于步骤2)中所述打孔的位置不规则，所打孔洞用于减轻基板重量。
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