CN113081259A - 用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法及系统，方法包括获取患者颅骨的影像数据和神经刺激器的3D外观模型；根据影像数据重建患者颅骨的3D结构；利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；根据适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。本发明实现了术前筛选颅骨植入神经刺激器的植入位置，一方面能够在术前依据患者的个体差异选定个体化的颅骨最优植入位置，并减少手术时间，另一方面能够真实的演示和评价神经刺激器植入后与颅骨的适配情况，真正实现神经刺激器与颅骨的个体化适配，最大限度的保证植入后的安全性、解决现有神经刺激器植入颅骨的难点和并发症问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是指一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法及系统。
背景技术
植入颅骨的神经刺激器系统由植入颅骨的神经刺激器、植入大脑深部的刺激电极组成，用于治疗癫痫等神经系统障碍性疾病。因植入颅骨的神经刺激器具有一定的厚度、长度、宽度和体积，又因颅骨个体间差异的显著存在，如何选定合适的植入位置，以实现刺激器与颅骨弧度、颅骨厚度的最佳适配，并最大限度保证植入后的安全性、尽可能地降低植入后的副作用，是此类手术的关键问题之一。
考虑到植入位置颅骨的弧度、切除骨头的范围等因素，将神经刺激器设计为具有一定弧度的形状，以实现神经刺激器植入颅骨后与颅骨达到最佳的适配。目前临床上Neuropace公司的植入颅骨神经刺激器的常用植入位置是顶骨和枕骨，通常情况下所采取的方式是神经外科医生在术中比对患者颅骨外形和神经刺激器形状，在选定大致的范围后进行颅骨切除术，一边切除颅骨一边与神经刺激器的外形适配，这种方式会导致手术时间的延长。更重要的是，因个体差异的存在，这一适配在临床手术实际应用中往往不能实现，表现为神经刺激器的一部分与颅骨适配良好，一部分上翘、凸出于颅骨表面。医生最终只能折中选取一个植入的位置、弧度、角度进行固定。而这一情况下，临床上往往容易出现并发症，比如缝合皮肤后造成患者头部外观异常、影响美观；造成缝合皮肤张力过大、导致局部皮肤血运不佳、影响伤口愈合，甚至植入一段时间后神经刺激器外露。此外，适配不佳的神经刺激器植入还影响患者睡眠时的体位、头不能偏向植入的一侧。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，包括：
获取患者颅骨的影像数据和神经刺激器的3D外观模型；
根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构；
利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；
根据所述适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
在本发明的一个实施例中，根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构包括：
将患者颅骨的影像数据导入软件；
选择阈值重建患者颅骨的3D结构。
在本发明的一个实施例中，利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数包括：
构建神经刺激器和拟植入颅骨感兴趣区的适配计算模型；
通过所述适配计算模型计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数。
在本发明的一个实施例中，所述适配计算模型如下：
Φ＝T*AP*SI*FA*H*P；
式中，Φ表示适配系数，T表示感兴趣区颅骨厚度，AP表示感兴趣区颅骨前后弧度，SI表示感兴趣区颅骨上下弧度，FA表示神经刺激器拟植入颅骨感兴趣下方组织的重要性，H表示神经刺激器植入后其凸出于颅骨表面的最大高度，P表示神经刺激器拟植入颅骨后其上方皮肤在日常生活中所受压力状况。
在本发明的一个实施例中，所述感兴趣区颅骨厚度T、感兴趣区颅骨前后弧度AP和感兴趣区颅骨上下弧度SI均从患者颅骨的3D结构上进行测量获得。
在本发明的一个实施例中，所述颅骨3D结构上的感兴趣区为自动筛选。
在本发明的一个实施例中，所述颅骨3D结构上的感兴趣区为手动筛选。
在本发明的一个实施例中，所述植入颅骨神经刺激器的3D外观模型利用软件构建。
在本发明的一个实施例中，确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置后，将所述颅骨3D结构上的其他感兴趣区或去除、或透明化、或隐藏，利用适配计算模型验证神经刺激器植入颅骨最优位置的适配系数。
本发明的另一个目的是提供一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的系统，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取患者颅骨的影像数据；
重建模块，所述重建模块用于根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构；
适配计算模块，所述适配计算模块用于利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；
拟植入位置确定模块，根据所述适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数，根据适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置，实现了术前筛选颅骨植入神经刺激器的植入位置，一方面能够让医生在术前依据患者的个体差异选定个体化的颅骨最优植入位置，并减少手术时间，另一方面能够真实的演示和评价神经刺激器植入后与颅骨的适配情况，真正实现神经刺激器与颅骨的个体化适配，最大限度的保证植入后的安全性、尽可能地降低植入后的副作用，解决现有神经刺激器植入颅骨的难点和并发症问题。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例一用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法的流程示意图。
图2是本发明实施例二用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的系统的结构示意图。
附图标记说明如下：10、获取模块；20、重建模块；30、适配计算模块；40、拟植入位置确定模块。
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，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
为了更好的理解本发明实施例公开的一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法及系统，本发明给出了图1所示的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法的流程示意图。
请参阅图1所示，本发明实施例一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，该方法包括以下步骤：
步骤100：获取患者颅骨的影像数据和神经刺激器的3D外观模型。
示例地，影像数据可以是CT数据，患者可以通过扫描头颅CT，获得组织像和颅骨骨窗像dicom的CT数据，这里的CT数据可以用CD光盘刻碟后备用，当然也还可以是MRI，本发明不以此为限制。
示例地，可以利用软件构建神经刺激器的3D外观模型，例如CREO，同一款神经刺激器的3D外观模型可以备份，用于不同的个体。
步骤200：根据影像数据重建患者颅骨的3D结构。
示例地，影像数据可以是CT数据，将患者颅骨的CT数据导入软件。例如MimicsMedical软件，重建患者颅骨的3D结构进行备用，具体为导入dicom数据——选择颅骨阈值范围——构建颅骨3D结构。
步骤300：利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数。
示例地，构建神经刺激器和拟植入颅骨感兴趣区的适配计算模型，通过适配计算模型计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数，其中适配计算模型如下：
Φ＝T*AP*SI*FA*H*P；
式中，Φ表示适配系数，T表示感兴趣区颅骨厚度，AP表示感兴趣区颅骨前后弧度，SI表示感兴趣区颅骨上下弧度，FA表示神经刺激器拟植入颅骨感兴趣下方组织的重要性，H表示神经刺激器植入后其凸出于颅骨表面的最大高度，P表示神经刺激器拟植入颅骨后其上方皮肤在日常生活中所受压力状况。
需要说明的是，适配计算模型中的感兴趣区颅骨厚度T、感兴趣区颅骨前后弧度AP和感兴趣区颅骨上下弧度SI均从患者颅骨的3D结构上进行测量获得，其具体的测量步骤是现有技术，本发明在这里不做赘述。还有经刺激器拟植入颅骨感兴趣下方组织的重要性FA可以参照Brodmann分区，将脑组织划分为52个小区，根据重要性分别打分；组织表面是否有大血管单独计分；FA分值越大，代表下方组织越重要；FA分值越小，代表下方组织越不重要。神经刺激器植入后其凸出于颅骨表面的最大高度H为神经刺激器的3D外观模型植入颅骨后，外观模型最高点与颅骨表面的距离。神经刺激器拟植入颅骨后其上方皮肤在日常生活中所受压力状况P包括睡眠时是否会压迫、压迫的范围；戴帽子时是否压迫、压迫的范围等。
示例地，颅骨3D结构上的感兴趣区可以为自动筛选，具体为：将神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构导入适配计算模型后，模型自动筛选可植入颅骨位置的多个感兴趣区，并计算每个感兴趣区的适配系数。所述颅骨3D结构上的感兴趣区可以为手动筛选，具体为：医护人员手动勾勒个人认为可植入颅骨位置的多个感兴趣区，然后由适配计算模型计算每个感兴趣区的适配系数。
步骤400：根据适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
示例地，通过比较多个感兴趣区的适配系数，适配系数越大，表示该感兴趣区越接近拟植入颅骨的最优位置，确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置之后，将颅骨3D结构上的其他感兴趣区或去除、或透明化、或隐藏，利用适配计算模型验证神经刺激器植入颅骨最优位置的适配系数。
综上，本发明利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数，根据适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置，实现了术前筛选颅骨植入神经刺激器的植入位置，一方面能够让医生在术前依据患者的个体差异选定个体化的颅骨最优植入位置，并减少手术时间，另一方面能够真实的演示和评价神经刺激器植入后与颅骨的适配情况，真正实现神经刺激器与颅骨的个体化适配，最大限度的保证植入后的安全性、尽可能地降低植入后的副作用，解决现有神经刺激器植入颅骨的难点和并发症问题。
下面对本发明实施例二提供的一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的系统进行介绍，下文描述的一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的系统与上文描述的一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的方法可相互对应参照。
请参阅图2所示，本实施例二一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的系统，包括：
获取模块10，获取模块10用于获取患者颅骨的影像数据和神经刺激器的3D外观模型；
重建模块20，重建模块20用于根据影像数据重建患者颅骨的3D结构；
适配计算模块30，适配计算模块30用于利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；
拟植入位置确定模块40，根据适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
本实施例的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的系统用于实现前述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的系统用于实现前述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于，包括：
获取患者颅骨的影像数据和神经刺激器的3D外观模型；
根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构；
利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；
根据所述适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
2.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构包括：
将患者颅骨的影像数据导入软件；
选择阈值重建患者颅骨的3D结构。
3.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数包括：
构建神经刺激器和拟植入颅骨感兴趣区的适配计算模型；
通过所述适配计算模型计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数。
4.根据权利要求3所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：所述适配计算模型如下：
Φ＝T*AP*SI*FA*H*P；
式中，Φ表示适配系数，T表示感兴趣区颅骨厚度，AP表示感兴趣区颅骨前后弧度，SI表示感兴趣区颅骨上下弧度，FA表示神经刺激器拟植入颅骨感兴趣下方组织的重要性，H表示神经刺激器植入后其凸出于颅骨表面的最大高度，P表示神经刺激器拟植入颅骨后其上方皮肤在日常生活中所受压力状况。
5.根据权利要求4所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：所述感兴趣区颅骨厚度T、感兴趣区颅骨前后弧度AP和感兴趣区颅骨上下弧度SI均从患者颅骨的3D结构上进行测量获得。
6.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：所述颅骨3D结构上的感兴趣区为自动筛选。
7.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：所述颅骨3D结构上的感兴趣区为手动筛选。
8.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：所述植入颅骨神经刺激器的3D外观模型利用软件构建。
9.根据权利要求1所述的用于术前筛选神经刺激器植入颅骨位置的方法，其特征在于：确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置后，将所述颅骨3D结构上的其他感兴趣区或去除、或透明化、或隐藏，利用适配计算模型验证神经刺激器植入颅骨最优位置的适配系数。
10.一种用于术前筛选颅骨神经刺激器植入位置的系统，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块用于获取患者颅骨的影像数据；
重建模块，所述重建模块用于根据所述影像数据重建患者颅骨的3D结构；
适配计算模块，所述适配计算模块用于利用神经刺激器的3D外观模型和患者颅骨的3D结构计算神经刺激器拟植入颅骨感兴趣区的适配系数；
拟植入位置确定模块，根据所述适配系数确定神经刺激器拟植入颅骨的最优位置。
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