CN111407376A - 一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，通过在头颅表面穿刺区域周围设计定位区域，在定位区域内设置定位框架，应用3D打印技术将头颅表面定位穿刺区域内的影像数据制作成头颅表面定位穿刺一体构件，在头颅表面穿刺区域行颅骨开窗手术，头颅表面定位区域内的定位框架，定位构件在头颅表面三维立体空间上的位置，保证头颅影像穿刺区域设计的穿刺针道和头颅表面穿刺区域三维立体空间位置对应一致。本发明头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，能够应用到任何相关定位穿刺颅内脑空间结构的学科领域，是有计划微创介入诊断和微创介入治疗颅内脑组织疾病的保障。该技术的应用使颅内脑疾病有计划的微创介入治疗成为可能。

Description

一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术
技术领域
本发明涉及脑空间定位技术领域，具体涉及一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术。
背景技术
目前没有应用头颅表面对颅内脑空间结构进行有计划的多针道、多点位立体定位穿刺的方法，对颅内脑病变组织施行有计划的穿刺，或者通过穿刺植入针在脑病变组织中有计划的植入“治疗载体”，对颅内脑疾病实施有计划的微创介入治疗。我们曾在头颅表面引入面、轴、角的概念，结合颅内解剖标志点定位的方法，应用头颅表面3D打印构件立体定位穿刺颅内脑空间结构，这种方法用头颅的四面、五轴、两角作为表面标志制作头颅表面构件，设计头颅表面构件时需要选择足够大的头颅表面积。用该方法制作的头颅表面构件，存在着以下不足：1.使用构件时需要影像下在头颅表面复位构件，复位过程繁琐；2.目前医用3D打印材料打印出的构件，面积超过一定大小时，头颅表面构件越靠近边缘部分外翘越明显，影响构件定位；3.过大的构件表面积，灭菌消毒时容易发生外形的改变，影响构件在头颅表面定位颅内脑空间结构的精准度。本发明通过在穿刺区域周围设计定位区域，在定位区域内设置定位框架，能够人为的将构件面积控制在一定大小，减小构件在制作、消毒过程中外形改变；头颅表面定位框架空间位置稳定，使用构件时不需要影像下在头颅表面复位构件。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，包括如下步骤：
S1、应用影像技术在头颅表面确定颅内脑空间结构的穿刺区域，并在头颅表面穿刺区域周围设计一定大小的定位区域，在定位区域内设置定位框架；其中，定位框架由定位标记物构成，定位标记物和定位框架具有下列特征：
a.定位标记物具有空间外形，在头颅表面不发生空间位置改变,能够被CT、或者CT和MRI影像数据记录，在影像数据中定位标记物和头颅表面融为一体，能够引导头颅CT影像之间、或者头颅CT和MRI影像之间的对位融合；
b.定位框架由多个独立的设置在头颅表面的定位标记物构成，或者由多个定位标记物连接成一体后放置到头颅表面构成，定位框架能够定位构件在头颅表面的空间位置，在影像上定位框架能够立体定位颅脑三维立体空间结构；
S2、对头颅表面穿刺区域周围设置定位框架的患者行颅脑CT和MRI影像扫描，获取定位区域设置有定位框架、穿刺区域影像数据上设计有穿刺针道的头颅表面定位穿刺区域的影像数据；
S3、应用3D打印技术，将上述影像数据制作成头颅表面构件，头颅表面定位区域内构成定位框架的定位标记物，在构件上打印成同其外形一致的定位标记物镂空结构。
进一步地，头颅表面定位区域内的定位框架，同构件上的定位框架镂空结构“卯榫”相合，定位构件在头颅表面三维立体空间上的位置，保证头颅影像穿刺区域设计的穿刺针道和头颅表面穿刺区域三维立体空间位置对应一致；在头颅表面构件的边缘部分间隔一定距离设计一个固定孔，用于将构件缝合固定在头颅表面。
进一步地，构件的穿刺区域是颅内脑空间结构穿刺计划的承载平台，根据颅内脑空间结构不同的穿刺、植入计划，在穿刺区域影像数据上可以设计单个或者多个穿刺针道，穿刺针道在构件的穿刺区域制作成针道导引柱，定位导航穿刺针经过颅骨开窗区域穿刺至颅内脑空间结构的位置，完成颅内脑空间结构的立体定位穿刺。
本发明在头颅表面穿刺区域周围设计定位区域，在定位区域内设置定位框架，联合CT、MRI等影像技术，及3D打印技术，将定位区域设置有定位框架、穿刺区域影像数据上设计有穿刺针道的头颅表面定位穿刺区域的影像数据，3D打印制作成头颅表面构件，头颅表面定位区域内的定位框架，同构件上的定位框架镂空结构“卯榫”相合，定位构件在头颅表面三维立体空间上的位置，保证头颅影像穿刺区域设计的穿刺针道和头颅表面穿刺区域三维立体空间位置对应一致；在头颅表面穿刺区域内行颅骨开窗手术，手术不改变定位标记物和构件在头颅表面三维立体空间上的位置。构件的穿刺区域是颅内脑空间结构穿刺计划的承载平台，根据颅内脑空间结构不同的穿刺、植入计划，在穿刺区域影像数据上可以设计单个或者多个穿刺针道，穿刺针道在构件的穿刺区域制作成针道导引柱，定位导航穿刺针经过颅骨开窗区域穿刺至颅内脑空间结构的位置，实现颅内脑空间结构的三维立体定位穿刺。
在头颅表面穿刺区域周围设计定位区域，在定位区域内设置定位框架，联合CT、MRI等影像技术，本发明还能够联合数字化人工智能技术，替代数字化3D打印技术，实现立体定位穿刺颅内脑空间结构。用头颅表面数字化影像定位框架联合头颅影像立体定位头颅脑空间结构，替代头颅表面构件立体定位颅内脑空间结构，用头颅影像穿刺区域影像数据上设计的数字化穿刺针道定位导航穿刺针，替代构件穿刺区域导引柱定位导航穿刺针，通过颅骨开窗手术穿刺区域，完成颅内脑空间结构穿刺计划。联合人工智能的头颅影像数字化颅内定位穿刺技术，用头颅数字化影像引导的定位穿刺替代了实体构件引导的定位穿刺，避免了数字化虚拟头颅表面构件转换成实体构件、以及后续对实体构件影响产生的误差，节省了打印制作实体构件的时间。头颅脑空间多针道多点位立体定位穿刺技术，主要依靠头颅表面排列的定位标记物，作为颅脑三维立体空间位置的定位“坐标”，借助现代数字化三维影像技术，数字化3D打印技术，或者数字化人工智能技术，实现头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术。
头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，能够应用到任何相关定位穿刺颅内脑空间结构的学科领域，可以有计划的立体定位穿刺颅内脑空间结构，是有计划微创介入诊断和微创介入治疗颅内脑组织疾病的保障，该技术的应用使颅内脑疾病有计划的微创介入治疗成为可能。
附图说明
图1为本发明实施例中的定位框架及构件一个具体实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中的定位框架及构件另一个具体实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例中的定位框架及构件另一个具体实施例的结构示意图。
图4为本发明实施例中的定位框架及构件另一个具体实施例的结构示意图。
图5为本发明实施例中的定位框架及构件另一个具体实施例的结构示意图。
图6为本发明实施例中的三角形定位穿刺一体构件。
图7为2面1轴示意图。
图8为 3面3轴1角示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明通过影像技术在头颅表面确定颅内脑空间结构的穿刺区域，在头颅表面穿刺区域周围设计一定大小的定位区域，在头颅表面定位区域内设置定位框架。定位框架由定位标记物构成，定位标记物和定位框架具有下列特征：
a.定位标记物具有空间外形，在头颅表面不发生空间位置改变,能够被CT、或者CT和MRI影像数据记录，在影像数据中定位标记物和头颅表面融为一体，能够引导头颅CT影像之间、或者头颅CT和MRI影像之间的对位融合；
b.定位框架由多个独立的设置在头颅表面的定位标记物构成，或者由多个定位标记物连接成一体后放置到头颅表面构成，定位框架能够定位构件在头颅表面的空间位置，在影像上定位框架能够立体定位颅脑三维立体空间结构；
使用本发明时，首先将颅内脑疾病患者头皮表面头发刮净，应用CT、MRI或者与CT、MRI相关的影像技术确定头颅表面的穿刺区域，在穿刺区域周围设计定位区域，定位区域内设置定位框架，头颅表面定位框架的构形可以设置成任何形状，设置定位框架时，要考虑后期获取头颅影像数据时的头颅体位、颅骨开窗手术时的头颅体位、以及颅骨开窗手术对头颅表面定位标记物空间位置的影响。在头颅表面定位穿刺区域不存在外力作用的条件下，行颅脑CT和MRI影像扫描，定位框架能够被CT、或CT和MRI影像数据记录，使用CT影像数据设计穿刺计划，或者应用影像融合技术，将头颅CT和MRI影像数据对位融合，在CT和MRI融合影像数据中设计穿刺计划。然后获取定位区域设置有定位框架、穿刺区域影像数据上设计有穿刺针道的头颅表面定位穿刺区域的影像数据,应用3D打印技术，将上述影像数据制作成头颅表面构件，头颅表面定位区域内构成定位框架的定位标记物，在构件上打印成同其外形一致的定位标记物镂空结构。其中，头颅表面定位区域内的定位框架，同构件上的定位框架镂空结构“卯榫”相合，定位构件在头颅表面三维立体空间上的位置，保证头颅影像穿刺区域设计的穿刺针道和头颅表面穿刺区域三维立体空间位置对应一致；在构件的边缘区域间隔一定距离设计一个固定孔，用于将构件缝合固定在头颅表面。
然后在头颅表面穿刺区域内行颅骨开窗手术，必须遵从以下条件，手术才能不会影响定位框架和构件在头颅表面三维立体空间上的位置。1.在颅骨开窗手术切口（图1，图6）、颅骨开窗手术头皮皮瓣蒂部（图2，图3，图4，图5）等颅骨开窗手术涉及到的定位区域内，不设置定位标记物，防止手术引起定位标记物在头颅表面发生空间位置移动，改变构件在头颅表面的三维立体空间位置；2.头颅表面构成定位框架的定位标记物与头颅表面穿刺区域手术切口的距离，保持在手术不引起头颅表面定位标记物空间位置改变的范围内，避免手术引起定位标记物空间位置移动，影响构件定位；3.把颅骨开窗手术头皮皮瓣的蒂部设置在定位区域以外的头颅表面上（图1，图6），手术皮瓣不影响构件在头颅表面三维立体空间上的位置；4.把颅骨开窗手术头皮皮瓣蒂部设置在定位区域，在头颅表面构件颅骨开窗手术头皮皮瓣蒂部对应的位置，设计皮瓣镂空结构，皮瓣穿过构件的镂空结构放置于构件表面（图2，图3），或者将皮瓣一分为二，分别穿过构件上的两个镂空结构放置到构件表面（图4，图5），定位区域的手术皮瓣不影响构件在头颅表面三维立体空间上的位置。
头颅表面主要由颅骨、帽状腱膜和头皮构成，颅骨表面的软组织非常致密，垂直移动度非常小，和颅骨的外表面紧密连接在一起，在没有外力的作用下，头皮和帽状腱膜相对颅骨位置稳定，当人仰卧位时，头颅放置在物体表面，接触物体的头颅表面部分及周围的软组织相对颅骨的空间位置会发生改变，因而，获取影像数据和手术时，头颅表面定位穿刺区域要远离头颅表面接触物体的区域，防止头颅表面定位标记物空间位置发生改变。同颅骨内表面紧密连接的硬脑膜、大脑镰、小脑幕等致密组织将脑组织分隔固定在颅内固有的空间位置上，头皮表面上的任何一点相对于颅内脑空间结构位置稳定，在头颅表面能够定位颅内脑空间结构，颅内病变位置不同，头颅表面穿刺区域的位置也不同。在头颅表面引入面、轴、角的概念作为头颅表面固有的解剖标志，头颅表面设计的定位、穿刺区域，可以覆盖到头颅表面的“2面1轴”（图7）、或者“3面3轴1角”（图8）的部分区域，由于面、轴、角的存在，3D打印构件更容易同头颅表面对位贴合。构件固定在头颅表面行颅内脑空间结构穿刺治疗计划时，头颅表面定位穿刺区域不能存在外力的作用，头颅体位要同获取影像数据时头颅的体位保持一致，构件可以随头颅移动，不改变构件在头颅表面的三维立体空间位置。在使用构件定位穿刺颅内脑空间结构时，本发明不需要影像下在头颅表面复位构件，必要时，仅需在影像下验证自构件导引柱表面至颅内穿刺点的针道长度。
实施例1
一种定位穿刺平台的设计制作方法
·首先在头颅表面确定颅内脑病变的穿刺区域；
·按照定位框架的设计要求，围绕穿刺区域，将定位区域的定位框架设计成三角形（图6）；
3. 三角形定位框架底边：①.底边同CT扫描位共面。②.底边设计成穿刺区域颅骨开窗头皮皮瓣切开经过的部分，皮瓣的宽度设定为4cm，皮瓣的宽度决定穿刺区域的面积。③.在皮瓣蒂部两侧的底边方向上，分别在距离皮瓣切口1cm的距离上安放定位标记物b、c（标记物基底部分呈圆形，直径1cm），在框架底边直线上的标记物，实际距离皮瓣切口0.5cm；分别在a、d点安放标记物，a、d中心点分别距离b、c中心点2cm，在底边上ab、及cd间实际间距1cm，框架底边ad中心点实际距离10cm；
4.三角形定位框架高：在三角形框架底边ad中点正上方安放标记物e，e点距离底边的设计高度为9cm；
5.三角形定位框架另外两个边：三角形点e至底边的距离是9cm，将其3等分，在三角形的高为3cm、6cm的点上分别平行底边向两侧引直线，同三角形两个侧边分别相交于点f、g、h、k，分别在f、g、h、k点安放标记物，要求fg连线和hk连线，同底边ad连线平行，同时要求e点至hk连线的距离、hk连线至fg连线的距离，以及fg连线至ad连线的距离相等，均为3cm。在三角形定位框架内形成了一个大小约为4×5-6cm2±的穿刺区域；
6.穿刺平台：穿刺计划不同，穿刺针道的数目不同。根据穿刺计划，在穿刺区域的影像数据上设计穿刺针道，在构件穿刺区域以穿刺点为中心设计穿刺针道导引柱，根据穿刺针的直径，设计导引柱中心点针道导引孔的孔径，针道导引柱的实际长度=构件厚度+导引柱的长度。针道导引柱实际长度1cm，导引柱厚度1～2mm，导引柱内径稍大于穿刺针的外径，每个针道设计一个导引柱，必要时，在针道导引柱周围四个方向上分别设计针道备用导引孔；
7.在构件穿刺区域上方设计“皮瓣切口上界”镂空结构；
8.三角形定位框架的三个边分别自定位标记物中心点连线外扩1cm，三角形构件的三个角为圆钝形；
9.在构件的边缘区域间隔一定距离设计一个固定孔，用手术针线能够将构件缝合固定在头皮表面；
10.应用3D打印机将以上数据，制作成头颅表面定位穿刺一体构件，定位标记物在构件上打印成同其外形一致的定位标记物镂空结构。
实施例2
一种脑胶质瘤125I粒子植入定位器的设计制作方法
·定位器的定位、穿刺平台同案例1；
·在构件穿刺区域影像数据上，设计125I粒子植入TPS术前计划；
·应用近距离125I粒子TPS治疗计划系统，设计脑胶质瘤125I粒子植入治疗计划，在CT或者CT和MRI融合影像数据的穿刺区域内设计颅内脑胶质瘤125I粒子植入穿刺针道，针道设计成CT共面针道、非共面针道，测量记录每个针道的长度；
·通过定位器定位导航脑组织穿刺粒子植入针，将125I粒子有计划的植入到颅内脑肿瘤组织中，实施125I粒子植入治疗计划。
实施例3
一种颅内脑出血引流冲洗定位器的设计制作方法
·定位器的定位、穿刺平台同案例1；
·在构件穿刺区域影像数据上，设计颅内脑出血区域的冲洗引流治疗计划；
·在头颅CT或者CT和MRI融合影像数据上确定脑出血区域的立体空间位置，在穿刺区域内设计设计颅内出血位置冲洗液流入针道和引流液流出针道，测量记录针道的深度。
·通过定位器定位导航脑组织穿刺植入针，植入冲洗液和引流液的引流管，冲洗引流颅内出血。
实施例4
一种颅内脑病变组织穿刺活检定位器的设计制作方法
·定位器的定位、穿刺平台同实施例1；
·在构件穿刺区域影像数据上，设计穿刺活检针的穿刺活检计划；
·在头颅CT和MRI数据上确定脑病变组织的立体空间位置，在穿刺区域内设计颅内脑病变组织的穿刺针道，记录针道的深度；
·通过定位器定位导航脑组织穿刺活检针，穿刺活检颅内脑病变组织。
实施例5
一种脑肿瘤穿刺消融定位器的设计制作方法
·定位器的定位、穿刺平台同实施例1；
·在构件穿刺区域影像数据上，设计脑肿瘤的消融治疗计划；
·在头颅CT和MRI影像数据上设计射频、微波、或者氩氦刀消融针的穿刺针道，根据颅内病变的消融范围，制定消融计划，设计消融穿刺针道，记录针道的长度。
·通过穿刺消融定位器，将消融针定位导航至颅内脑病变组织，根据消融计划实施脑肿瘤的消融治疗。
实施例6
一种脑组织植入式神经调节芯片颅内定位器的设计制作方法
·定位器的定位、穿刺平台同实施例1；
·在构件穿刺区域影像数据上，设计植入式神经调节芯片的植入治疗计划；
·在头颅CT和MRI数据上确定脑组织疾病的立体空间位置，在穿刺区域内设计颅内脑组织病变植入位置的穿刺针道，记录针道的长度；
·通过定位器定位导航脑组织穿刺植入针，将芯片植入到颅内脑病变组织中，通过芯片治疗颅内脑组织疾病，如癫痫、帕金森等颅内脑组织疾病。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，其特征在于：包括如下步骤：
S1、应用影像技术在头颅表面确定颅内脑空间结构的穿刺区域，并在头颅表面穿刺区域周围设计一定大小的定位区域，在定位区域内设置定位框架；其中，定位框架由定位标记物构成，定位标记物和定位框架具有下列特征：
a.定位标记物具有空间外形，在头颅表面不发生空间位置改变,能够被CT、或者CT和MRI影像数据记录，在影像数据中定位标记物和头颅表面融为一体，能够引导头颅CT影像之间、或者头颅CT和MRI影像之间的对位融合；
b.定位框架由多个独立的设置在头颅表面的定位标记物构成，或者由多个定位标记物连接成一体后放置到头颅表面构成，定位框架能够定位构件在头颅表面的空间位置，在影像上定位框架能够立体定位颅脑三维立体空间结构；
S2、对头颅表面穿刺区域周围设置定位框架的患者行颅脑CT和MRI影像扫描，获取定位区域设置有定位框架、穿刺区域影像数据上设计有穿刺针道的头颅表面定位穿刺区域的影像数据；
S3、应用3D打印技术，将上述影像数据制作成头颅表面构件，头颅表面定位区域内构成定位框架的定位标记物，在构件上打印成同其外形一致的定位标记物镂空结构。
2.如权利要求1所述的一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，其特征在于：头颅表面定位区域内的定位框架同构件上的定位框架镂空结构“卯榫”相合，定位构件在头颅表面三维立体空间上的位置，保证头颅影像穿刺区域设计的穿刺针道和头颅表面穿刺区域三维立体空间位置对应一致；在头颅表面构件的边缘部分间隔一定距离设计一个固定孔，用于将构件缝合固定在头颅表面。
3.如权利要求1所述的一种头颅表面立体定位穿刺颅内脑空间结构的技术，其特征在于：构件的穿刺区域是颅内脑空间结构穿刺计划的承载平台，根据颅内脑空间结构不同的穿刺、植入计划，在穿刺区域影像数据上可以设计单个或者多个穿刺针道，穿刺针道在构件的穿刺区域制作成针道导引柱，定位导航穿刺针经过颅骨开窗区域穿刺至颅内脑空间结构的位置，完成颅内脑空间结构的立体定位穿刺。
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