CN110353805A - 基于融合影像3d打印的生理性起搏导线递送系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统及方法，系统包括依次连接的云端数据库、图像信息采集系统、图像融合系统、3D模型建立系统、3D鞘管模拟系统和3D鞘管打印系统；本发明利用影像学技术首先模拟特定个体的心电传导系统及特定解剖特点，确定起搏器导线的最佳锚定部位，再利用3D打印技术设计特定输送鞘管系统，将导线递送到该最佳锚定部位，以实现生理性起搏。本发明检查创伤性小、定位准确性高、操作普及性高，极大改善植入准确性、提高植入效率、减少医患曝光量、使患者获益最大化。

Description

基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统及方法

技术领域

本发明属于心脏起搏技术领域，尤其涉及一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统及方法。

背景技术

心脏起搏器在临床的广泛应用为广大适应症患者带来获益，产生了巨大的社会与经济效益。从早期的单腔起搏到双腔起搏再到晚近的双心室/三腔起搏，起搏器相关植入器械及技术不断丰富完善，其进化的动力即不断追求更加生理的起搏。早期的单腔起搏由于改变了传统的房室传导顺序，易导致心功能不全，因此发展出保持房室同步的AAI和DDD起搏器；其后重力加速度或体动感知器、每分通气量感知器、QT间期感知传感器的应用进一步完善了频率适应性起搏，使起搏更生理；而近年出现的房室结优先功能、房室AV间期的搜索功能以及双室同步起搏，右室双部位起搏也都是为了解决心室同步性起搏的技术问题，以期达到更加生理的起搏。

但是严格意义上讲，以上技术均未实现真正意义上的生理性起搏，原因在于：1、个体间电生理解剖变异度大，难以在术中快速确定最优化的生理性起搏位点：个体完整的传导系统是最生理的起搏系统，因此器械治疗如能借助有功能的生物传导系统理论上是最生理的起搏方式，但是临床实践中尚缺乏明确评估传导系统功能的技术，勿论利用器械替代部分失去功能的生物传导系统；2、心脏解剖结构变异度大，导致导线无法准确定位到最生理化起搏部位：个体心脏解剖存在变异，尤其是起搏器适应证患者往往合并各种基础心脏疾病，导致心脏解剖变异更加严重，如心脏扩大、转位、解剖变异等，而手术器械尤其是指引鞘管等为工业化标准品，导致临床实践中面对特定个体，无法使鞘管指引导线锚定生理性起搏的最佳部位。因此，即使确认了最优化起搏位点，现存技术无法在术中快速定位锚定导线，导致手术时间延长，医患曝光量增加，植入效果良莠不齐，患者无法最大获益。生理性起搏一直以来都是起搏器植入领域追求的重要目标，从单腔起搏到双腔起搏再到三腔起搏，但受限于临床特定患者心脏解剖及电学解剖的差异性，技术上仍无法完全实现真正意义上的生理性起搏，且目前的希氏束及分支起搏等存在定位不精准导致质控难把控、医患放射线暴露量大、手术时间长等缺点。

最理想的解决方案是应用影像学技术等无创检查手段，术前明确评估患者心脏解剖以及电生理结构，确定生理性起搏的最佳位点，通过3D打印技术定制特定鞘管系统，快速指引特定导线到最佳起搏位点并锚定。相较于目前几乎是“试探性”的生理性起搏技术，该方法无疑将极大改善植入准确性、提高植入效率、减少医患曝光量、使患者获益最大化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统及方法，以解决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一方面，提供一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其中，包括依次连接的云端数据库、图像信息采集系统、图像融合系统、3D模型建立系统、3D鞘管模拟系统和3D鞘管打印系统，所述图像融合系统包括相互连接的图像配准单元和图像融合单元，所述图像配准单元提取图像特征点并进行图像匹配，所述图像融合单元对经过所述图像配准单元处理后的选择图像进行融合并产生融合图像；所述3D模型建立系统包括由计算机控制的3D建模单元、3D模型存储单元、视频图像矫正单元、3D模型旋转单元和3D模型缩放单元；所述3D鞘管模拟系统包括数据库交互模块、数据库模块、三维重建模块、手术模拟模块和逆向工程模型制作模块，所述数据库交互模块用于载入资料信息和图像数据，并将载入的资料信息、图像数据发送至所述数据库模块，所述数据库模块提供手术方案规划模拟所需要的特征和信息，所述三维重建模块用于接收所述数据库模块发送的导线植入手术方案规划模拟所需要的特征和信息，并将三维重建形成的三维图像模型发送至所述手术模拟模块，所述手术模拟模块生成手术部位的网格模型和鞘管递送模型，所述逆向工程模型制作模块将所述网格模型和鞘管递送模型转换为逐层横截面数据并添加附加信息，所述3D鞘管打印系统基于逐层横截面数据进行鞘管递送系统的3D打印。

上述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其中，所述图像信息采集系统包括多个全方位相机，以预定间隔排列使得由所述全方位相机中的两个相邻相机捕获的拍摄区域的相邻部分重叠。

上述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其中，所述图像匹配通过基于关于选择的图像的变焦信息，将选择的图像的宽高比调整为与参考宽高比相同，来对选择的图像进行匹配。

上述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其中，所述附加信息包含：网格模型对应的组织、器官的密度，网格模型厚度、网格模型所包围区域的填充率、网格模型所代表的组织和器官的颜色。

另一方面，提供一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送方法，其中，基于如上述任意一项所述系统实现，包括：

S1.获取包括心腔结构、冠状动静脉血管及从腋静脉到锁骨下静脉再到上腔静脉在内的导线植入静脉系统的解剖学数据信息并上传云端数据库；

S2.通过信息融合生成患者心脏及路径静脉的解剖及电生理三维结构图像，同时用不同颜色予以区分标识；

S3.确定最适宜的导线植入部位，模拟导线植入手术过程，逆向生成鞘管递送系统的三维结构模型；

S4.将得到的鞘管递送系统的三维结构模型打印制作成临床应用的鞘管系统；

S5.穿刺锁骨下静脉后经导丝送入鞘管系统，固定位置定位预定位置后送入导线并予固定，实现生理性起搏。

本发明技术方案的有益效果包括：

--检查创伤性小：借助心超、心脏CT成像、心脏冠脉造影以及心脏电生理检查三维标测等无创或微创影像学数据，数据获取过程患者创伤小；

--定位准确性高：术前利用软件模拟手术操作过程，并设计定制化鞘管系统，导线定位准确性高；

--操作普及性高：因为采用定制化鞘管递送系统，极大方便了实现导线精准定位过程，无需术中反复探查定位，降低了植入技术门槛，利于技术普及。

附图说明

图1为本发明基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统的结构示意框图；

图2为本发明基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参看图1和图2所示，本发明基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统包括依次连接的云端数据库1、图像信息采集系统2、图像融合系统3、3D模型建立系统4、3D鞘管模拟系统5和3D鞘管打印系统6，图像融合系统3包括相互连接的图像配准单元31和图像融合单元32，图像配准单元31提取图像特征点并进行图像匹配，图像融合单元32对经过图像配准单元处理后的选择图像进行融合并产生融合图像。3D模型建立系统4包括由计算机控制的3D建模单元41、3D模型存储单元42、视频图像矫正单元43、3D模型旋转单元44和3D模型缩放单元45。3D鞘管模拟系统5包括数据库交互模块51、数据库模块52、三维重建模块53、手术模拟模块54和逆向工程模型制作模块55，数据库交互模块51用于载入资料信息和图像数据，并将载入的资料信息、图像数据发送至数据库模块52，数据库模块52提供手术方案规划模拟所需要的特征和信息，三维重建模块53用于接收数据库模块52发送的导线植入手术方案规划模拟所需要的特征和信息，并将三维重建形成的三维图像模型发送至手术模拟模块54，手术模拟模块54生成手术部位的网格模型和鞘管递送模型，逆向工程模型制作模块55将网格模型和鞘管递送模型转换为逐层横截面数据并添加附加信息，优选地，附加信息包含：网格模型对应的组织、器官的密度，网格模型厚度、网格模型所包围区域的填充率、网格模型所代表的组织和器官的颜色。3D鞘管打印系统6基于逐层横截面数据进行鞘管递送系统的3D打印。本技术方案中，图像信息采集系统2包括多个全方位相机，以预定间隔排列使得由全方位相机中的两个相邻相机捕获的拍摄区域的相邻部分重叠。图像匹配通过基于关于选择的图像的变焦信息，将选择的图像的宽高比调整为与参考宽高比相同，来对选择的图像进行匹配，其中，选择的图像的宽高比根据用于捕获选择的图像的视场FOV被分别确定。

本发明基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送方法基于如上述系统实现，借助心脏自身的生物传导系统介导的心脏生理性顺序起搏是最生理的起搏模式，本发明即利用影像学技术首先模拟特定个体的心电传导系统及特定解剖特点，确定起搏器导线的最佳锚定部位，再利用3D打印技术设计特定输送鞘管系统，将导线递送到该最佳锚定部位，以实现生理性起搏，具体包括：

S1.数据获取：患者行心超、心脏CT造影或冠脉造影、心脏磁共振、传导系统电生理三维标测等检查，获取包括心腔结构、冠状动静脉血管及从腋静脉到锁骨下静脉再到上腔静脉在内的导线植入静脉系统的解剖学数据信息并上传云端数据库；

S2.融合成像：利用特定软件评估所获得的信息的质量，并通过信息融合生成患者心脏及路径静脉的解剖及电生理三维结构图像，同时用不同颜色予以区分标识；

S3.鞘管设计：利用上述获得的模型，确定最适宜的导线植入部位，模拟导线植入手术过程，逆向生成鞘管递送系统的三维结构模型；

S4.鞘管生产：利用3D打印系统，将得到的鞘管递送系统的三维结构模型打印制作成临床应用的鞘管系统，具体针对手术部位中不同的组成部分，选择对应的3D打印材料，其中脏器、腔道、神经、血管、肌肉、皮肤的打印材料为硅胶、橡胶、明胶及工业淀粉形成的材料；

S5.起搏导线植入：患者于导管室常规局麻，穿刺锁骨下静脉后经导丝送入鞘管系统，固定位置定位预定位置后送入导线并予固定，实现生理性起搏。

对于特定患者，根据其冠状动静脉造影数据、心脏电生理检查三维标测等基础数据利用图像信息采集系统准确采集可用图像信息，摈除干扰信息；编制图像融合软件，将上述采集优化的数据信息利用图像融合系统进行融合成像，并利用3D模型建立系统，构建心脏解剖及电生理的3D模型；在上述3D模型的基础上，利用3D鞘管模拟系统，确定最佳的生理性起搏位点，并模拟将导线输送到该起搏位点的径路，建立3D模型；利用3D打印系统，应用特定生物材料将模型打印为定制化指引鞘管系统。按照常规起搏器植入流程，利用该定制指引鞘管，将导线靶向植入患者体内，达到快速实现最优化生理性起搏的目的，同时大大减少医患的放射线暴露量。

本发明检查创伤性小：借助心超、心脏CT成像、心脏冠脉造影以及心脏电生理检查三维标测等无创或微创影像学数据，数据获取过程患者创伤小；定位准确性高：术前利用软件模拟手术操作过程，并设计定制化鞘管系统，导线定位准确性高；操作普及性高：因为采用定制化鞘管递送系统，极大方便了实现导线精准定位过程，无需术中反复探查定位，降低了植入技术门槛，利于技术普及。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其特征在于，包括依次连接的云端数据库、图像信息采集系统、图像融合系统、3D模型建立系统、3D鞘管模拟系统和3D鞘管打印系统，所述图像融合系统包括相互连接的图像配准单元和图像融合单元，所述图像配准单元提取图像特征点并进行图像匹配，所述图像融合单元对经过所述图像配准单元处理后的选择图像进行融合并产生融合图像；所述3D模型建立系统包括由计算机控制的3D建模单元、3D模型存储单元、视频图像矫正单元、3D模型旋转单元和3D模型缩放单元；所述3D鞘管模拟系统包括数据库交互模块、数据库模块、三维重建模块、手术模拟模块和逆向工程模型制作模块，所述数据库交互模块用于载入资料信息和图像数据，并将载入的资料信息、图像数据发送至所述数据库模块，所述数据库模块提供手术方案规划模拟所需要的特征和信息，所述三维重建模块用于接收所述数据库模块发送的导线植入手术方案规划模拟所需要的特征和信息，并将三维重建形成的三维图像模型发送至所述手术模拟模块，所述手术模拟模块生成手术部位的网格模型和鞘管递送模型，所述逆向工程模型制作模块将所述网格模型和鞘管递送模型转换为逐层横截面数据并添加附加信息，所述3D鞘管打印系统基于逐层横截面数据进行鞘管递送系统的3D打印。

2.根据权利要求1所述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其特征在于，所述图像信息采集系统包括多个全方位相机，以预定间隔排列使得由所述全方位相机中的两个相邻相机捕获的拍摄区域的相邻部分重叠。

3.根据权利要求1所述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其特征在于，所述图像匹配通过基于关于选择的图像的变焦信息，将选择的图像的宽高比调整为与参考宽高比相同，来对选择的图像进行匹配。

4.根据权利要求1所述基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送系统，其特征在于，所述附加信息包含：网格模型对应的组织、器官的密度，网格模型厚度、网格模型所包围区域的填充率、网格模型所代表的组织和器官的颜色。

5.一种基于融合影像3D打印的生理性起搏导线递送方法，其特征在于，基于如权利要求1至4中任意一项所述系统实现，包括：

S1.获取包括心腔结构、冠状动静脉血管及从腋静脉到锁骨下静脉再到上腔静脉在内的导线植入静脉系统的解剖学数据信息并上传云端数据库；

S2.通过信息融合生成患者心脏及路径静脉的解剖及电生理三维结构图像，同时用不同颜色予以区分标识；

S3.确定最适宜的导线植入部位，模拟导线植入手术过程，逆向生成鞘管递送系统的三维结构模型；

S4.将得到的鞘管递送系统的三维结构模型打印制作成临床应用的鞘管系统；

S5.穿刺锁骨下静脉后经导丝送入鞘管系统，固定位置定位预定位置后送入导线并予固定，实现生理性起搏。