CN112674873A - 一种模拟穿刺手术方法、设备以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟穿刺手术方法，所述方法包括:获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；按设定频次获取穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。本发明能够体现每次操作的具体过程，判断模拟穿刺手术是否成功，有利于从模拟穿刺过程中掌握穿刺技巧。
Description
技术领域
本发明涉及穿刺手机技术领域，尤其涉及一种模拟穿刺手术方法、设备以及系统。
背景技术
随着微创理念的发展，目前的脊柱手术中，微创手术占到了非常大的比例，但是微创手术相对于开放手术而言，最大的劣势就是手术前需要将细长的手术器械经过体表穿刺到达病变区域，受限于较小的切口，术者无法直视病变区域，往往需要术者有较好的解剖学知识和丰富的手术经验。但是，即使是高年资手术医师，也往往需要数次穿刺和X线透视才可准确到达病变区域，穿刺次数的增加也加重了局麻患者的痛苦。部分患者椎间孔狭窄、骨质增生严重，更是大大增加了穿刺难度，甚至有可能因穿刺失败而导致手术无法进行。
基于上述情况，许多采用模型练习穿刺手术的方法和模拟穿刺手术装置应运而生，但是现有的采用模型练习穿刺手术的方法和模拟穿刺手术装置仍存在严重的问题：一、实体模型的穿刺都会留下穿刺针孔，不但会破坏模型，还会对下一次穿刺练习产生误导作用；二、实体模型出厂时只能有一种解剖结构，即使针对这种解剖结构练习熟练后，仍难以应付临床中多种多样的解剖变异；三、实体模型无法模拟术中x线透视的实际手术情况，无法真实反应手术操作过程；四、实体模型只能用于个人练习，穿刺结果无法客观量化，穿刺过程只能用储存成本极高的视频进行记录，无法用于培训、考试、远程技术交流等现代化标准场合，这个缺陷和目前越来越标准化的现代临床技术培训交流存在先天矛盾；五、实体模型无法进行技术升级，微创手术极其依赖先进、昂贵的特殊器械，对于实体模型而言配套成本高昂。为了解决上述问题，提出本发明。
发明内容
本发明提供一种模拟穿刺手术方法、设备以及系统，其能够体现每次操作的具体过程，判断模拟穿刺手术是否成功，有利于从模拟穿刺过程中掌握穿刺技巧。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种模拟穿刺手术方法，所述方法包括:
获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
作为上述技术方案的优选，所述获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上，包括：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
作为上述技术方案的优选，所述位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，相应的，所述按设定频次获取所述穿刺针的位置信息包括：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
作为上述技术方案的优选，所述基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：将所述穿刺点作为起始位置按设定频次实时显示所述穿刺针的位置信息以形成穿刺针的移动轨迹。
作为上述技术方案的优选，在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点之后，所述方法还包括：获取穿刺针的尺寸信息，根据所述穿刺针的尺寸信息在所述显示装置上生成具有穿刺针轮廓的穿刺针图像，所述穿刺针图像的针尖端与所述穿刺点重合，相应的，所述基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：按设定频次实时显示与所述位置信息对应的穿刺针图像以形成所述穿刺针的移动轨迹。
作为上述技术方案的优选，在获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上之前，所述方法还包括：储存全脊柱模型，并对全脊柱模型的每一脊柱椎体进行标识，相应的，所述获取脊柱模型包括：获取与标识对应的脊柱椎体作为脊柱模型。
本发明第二方面还提供了一种模拟穿刺手术设备，包括：
第一获取单元，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
作为上述技术方案的优选，所述第一获取单元具体用于：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
作为上述技术方案的优选，所述位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，所述第二获取单元具体用于：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
本发明第三方面还提供了一种模拟穿刺手术系统，包括：
穿刺模拟器，用于按设定频次采集所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
模拟穿刺手术设备，所述模拟穿刺手术设备包括：第一获取单元，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
本发明提供一种模拟穿刺手术方法，其可以在显示装置上显示脊柱模型，能够在显示装置上定义穿刺点，并且通过设置在穿刺针上的各种传感器按设定频次获取穿刺针相对于穿刺点的位置信息，并且基于位置信息在显示装置上形成以穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，本发明可以通过实时显示在显示装置上的移动轨迹判断穿刺针与脊柱模型的相对位置，能够直观地展示模拟穿刺手术的操作过程，能够准确评价模拟穿刺手术是否成功，可以及时发现操作过程中的错误，能够更加便于掌握穿刺手术的技巧，并且显示屏图像可以经过软件图像处理表现为x线透视图像，逼真模拟术中真实操作情况。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1示出了本发明实施例模拟穿刺器的结构示意图；
图2示出了本发明实施例模拟穿刺手术方法的流程示意图；
图3示出了本发明实施例模拟穿刺手术设备的组成结构示意图；
图4示出了本发明实施例模拟穿刺手术系统的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例第一方面提供了一种穿刺模拟器，包括底座6和导杆3，导杆3通过万向转轴5与底座6相连，万向转轴5的作用是让导杆可以围绕转轴中心点用于使导杆3围绕转轴中心点做旋转运动，模拟皮肤穿刺进针点在穿刺过程中保持不变，导杆3的顶端设置有位置传感器1，位置传感器1用于感知穿刺过程中导杆3的相对角度位置，来模拟穿刺期间穿刺针的角度，导杆3上设置有距离传感器，距离传感器用于感知其与万向转轴5的距离。本实施例中位置传感器1为圆球状陀螺仪。
导杆3上设置有滑块2，距离传感器安装在滑块2上，滑块2可沿导杆3做上下移动，距离传感器检测到的为滑块2与万向转轴5的距离，用于模拟穿刺期间进针的深度。
为了使模拟器更加精准，导杆3上设置有凹槽4，凹槽4中设置有锯齿结构，滑块2上设置有对应于凹槽4的凸块2-1，滑块2的底部设置有与锯齿结构相匹配的齿轮，齿轮带动滑块2在凹槽4中做上下移动，凹槽4的作用是保持滑块2沿导杆3长轴方向移动，凸块2-1设计的目的是限制滑块2的旋转运动。
滑块2内设置有限位器，限位器与滑块内的齿轮结构相连，在接收到限位信号时，将齿轮制动，从而限制滑块2的上下移动，用于模拟穿刺中针尖接触硬质骨骼皮质骨。
参见图2，本发明实施例第二方面提供了一种模拟穿刺手术方法，所述方法包括:
步骤100：获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
步骤200：在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
步骤300：按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
步骤400：基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
本实施例提供一种模拟穿刺手术方法，其可以在显示装置上显示脊柱模型，并且能够在显示装置上定义穿刺点，并且通过设置在穿刺针上的各种传感器按设定频次获取穿刺针相对于穿刺点的位置信息，并且基于位置信息在显示装置上形成以穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，本发明可以通过实时显示在显示装置上的移动轨迹判断穿刺针与脊柱模型的相对位置，能够直观地展示模拟穿刺手术的操作过程，可以及时发现操作过程中的错误，能够更加便于掌握穿刺手术的技巧。
本实施例中的脊柱模型为三维脊柱模型，相对应的移动轨迹的三维移动轨迹，其可以三维空间展示三维脊柱模型，可以更加方便查看模拟穿刺手术操作的过程。
本实施例中的显示装置为电脑显示屏等，其可以通过触屏在屏幕上点击选取一个点作为穿刺点。
在本实施例的进一步可实施方式中，获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上，包括：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
本实施例中可以通过调取事先存储在存储装置中的脊柱模型，也可通过外设的信息输入装置输入特殊脊柱模型，可用于满足不同使用场景的需求。
举例说明：在使用的时候可设置训练模式和自定义模式，在选择训练模式的时候可以通过调取存储器中的事先预存的脊柱模型在显示装置上显示，另外，在存在特殊情况下可以选择自定义模式，如在存储器没有预存的特殊脊柱模型，还有，可以在正式手术之前，可以通过外接输入设备将病患的脊柱模型输入并显示在显示装置上，可以在正式实施穿刺手术之前，对病患进行针对性的模拟穿刺练习，可以保证在正式实施手术的时候能够操作更加熟练，保证手术的成功，另外，其能够更加有利于掌握病患的脊柱模型的状态。
在本实施例的进一步可实施方式中，位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，相应的，所述按设定频次获取所述穿刺针的位置信息包括：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
本实施例中位置信息包括穿刺针的针尖端相对于穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，在位置信息中还包含了姿态状态信息，可以掌握穿刺针在操作过程中的状态，能够更加清楚地展示模拟穿刺手术的过程中穿刺针的状态。
具体而言，姿态状态信息为穿刺针相对于针尖端的角度情况，不仅可以体现进针的距离还可以体现操作穿刺针的手法。
举例说明：本实施例中滑块2上设置有距离传感器，滑块2沿着导杆3移动模拟穿刺针针尖端的进针过程，通过距离传感器接收到的滑块2移动距离可以确定模拟穿刺过程中的进针深度，以此可以确定穿刺针针尖与穿刺点的相对位置，另外，在模拟穿刺手术的时候，操作导杆3转动，在导杆3的尾端具有位置传感器，通过位置传感器可以获得导杆3的尾端所处的位置，以此可以确定导杆3的角度，穿刺针的角度与导杆3的角度一致以确定穿刺针的角度情况。
在本实施例的进一步可实施方式中，基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：将所述穿刺点作为起始位置按设定频次实时显示所述穿刺针的位置信息以形成穿刺针的移动轨迹。
本实施例中实时显示所述穿刺针的位置信息可以方便实时查看穿刺手术过程中穿刺针的操作状况。
举例说明，本实施例中可以按60次/秒的频率控制距离传感器和位置传感器获得操作过程中穿刺针的针尖端的位置信息，以及穿刺针在三维空间相对于穿刺针的针尖端的角度，并且按同样的频率在显示装置上展示该信息。
在本实施例的进一步可实施方式中，在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点之后，所述方法还包括：获取穿刺针的尺寸信息，根据所述穿刺针的尺寸信息在所述显示装置上生成具有穿刺针轮廓的穿刺针图像，所述穿刺针图像的针尖端与所述穿刺点重合，相应的，所述基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：按设定频次实时显示与所述位置信息对应的穿刺针图像以形成所述穿刺针的移动轨迹。
本实施例中通过输入穿刺针的尺寸信息来产生穿刺针的轮廓，并且将具有穿刺针轮廓的图像显示在显示装置上，在显示图像的时候使得图像的针尖部位与穿刺点重合，在显示的时候依据实时位置信息获得穿刺针图像的位置信息，能够更加直观的观察穿刺针的操作过程。
举例说明：可通过输入穿刺针的长度和直径生成与穿刺针的长度和直径对应的穿刺针轮廓信息，基于穿刺针轮廓信息在显示装置上显示穿刺针图像，穿刺针图像的针尖与穿刺点重合，而穿刺针图像在三维空间的角度信息可以依照初始设定值，也可以使得初始位置的穿刺针图像的角度与初始位置的导杆3的位置一致，以此可以判断穿刺针初始穿刺位置。
在本实施例的进一步可实施方式中，在获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上之前，所述方法还包括：储存全脊柱模型，并对全脊柱模型的每一脊柱椎体进行标识，相应的，所述获取脊柱模型包括：获取与标识对应的脊柱椎体作为脊柱模型。
全脊柱模型具有三十多个椎体，本实施例中对全脊柱模型中的每一脊柱椎体进行标识，在获取脊柱模型的时候可以获取与标识对应的脊柱椎体作为脊柱模型，其可以针对每一脊柱椎体进行模拟穿刺手术。
本实施例的一种模拟穿刺手术方法还包括：判断所述穿刺针的针尖端是否与脊柱模型接触，如判断穿刺针的针尖端与脊柱模型接触，则发送控制信息。
举例说明：可通过判断穿刺针的针尖端与脊柱模型的相对距离是否为小于等于零，如果针尖端与脊柱模型的相对距离小于等于零则确定穿刺针的针尖端与脊柱模型接触，此时发送控制信息，控制信息可以用于控制发出提示信息，本实施例中控制信息用于控制限位器使得滑块2制动，用于模拟穿刺针在接触到脊柱椎体的时候无法继续进针的情况。
其使得模拟穿刺更加逼真，能够更加方便掌握穿刺技巧。
参见图3基于本实施例提供的一种模拟穿刺手术方法，本实施例第三方面提供了一种模拟穿刺手术设备，包括：
第一获取单元10，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元20，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元30，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元40，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
所述第一获取单元具体用于：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
在本实施例进一步可实施方式中，例所述位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，所述第二获取单元具体用于：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
参见图4本实施例中第四方面提供了一种模拟穿刺手术系统，
穿刺模拟器，用于按设定频次采集所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
模拟穿刺手术设备，所述模拟穿刺手术设备包括：第一获取单元，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种模拟穿刺手术方法，其特征在于，所述方法包括:
获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
按设定频次获取穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上，包括：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，相应的，所述按设定频次获取所述穿刺针的位置信息包括：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：将所述穿刺点作为起始位置按设定频次实时显示所述穿刺针的位置信息以形成穿刺针的移动轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点之后，所述方法还包括：获取穿刺针的尺寸信息，根据所述穿刺针的尺寸信息在所述显示装置上生成具有穿刺针轮廓的穿刺针图像，所述穿刺针图像的针尖端与所述穿刺点重合，相应的，所述基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹，包括：按设定频次实时显示与所述位置信息对应的穿刺针图像以形成所述穿刺针的移动轨迹。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上之前，所述方法还包括：储存全脊柱模型，并对全脊柱模型的每一脊柱椎体进行标识，相应的，所述获取脊柱模型包括：获取与标识对应的脊柱椎体作为脊柱模型。
7.一种模拟穿刺手术设备，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
8.根据权利要求7所述的模拟穿刺手术设备，其特征在于，所述第一获取单元具体用于：调取存储在存储装置中的脊柱模型和/或输入脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息包括所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息，所述第二获取单元具体用于：获取所述穿刺针的针尖端相对于所述穿刺点的距离以及穿刺针的姿态状态信息。
10.一种模拟穿刺手术系统，其特征在于，包括：
显示装置，用于显示脊柱模型和穿刺针的移动轨迹；
穿刺模拟器，用于按设定频次采集所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
模拟穿刺手术设备，所述模拟穿刺手术设备包括：第一获取单元，用于获取脊柱模型，并将所述脊柱模型显示在显示装置上；
定义单元，用于在所述显示装置上定义相对于所述脊柱模型的穿刺点；
第二获取单元，用于按设定频次获取所述穿刺针相对于所述穿刺点的位置信息；
显示单元，用于基于所述位置信息在所述显示装置上形成以所述穿刺点为起始位置的穿刺针的移动轨迹。
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