CN113367779A - 一种基于c臂ct和半导体激光的穿刺系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺系统和方法，涉及临床医疗技术领域。利用C臂CT获取患者二维CT图像信号，应用手术导航服务器进行三维模型重构。对术前影像三维模型进行术前规划，利用C臂CT自动位置控制模块功能，将使机架移动自动定位到3D参考影像所显示的角度。放置半导体激光发射器使发出的激光垂直平板并对准穿刺点，此时激光发射的方向即为穿刺方向，术前测量穿刺点到穿刺靶点的距离即为穿刺深度。穿刺过程中令激光焦点持续置于穿刺针尾中心，此时穿刺针的穿刺方向即持续朝向靶点中心，实现入针路径的快速准确的确定，入针路径的选择不受术者主观的限制，减少对医护人员穿刺经验的依赖，实现面向病灶的快速准确穿刺。

Description

一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺系统和方法
技术领域
本发明涉及临床医疗技术领域，具体是一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺系统和方法。
背景技术
近年来，微创技术快速发展和普及，其中相当一部分工作是在CT下进行深部组织目标的穿刺。CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查。由于CT扫描需要人体平躺进入CT机内对人体的横断面进行逐层扫描。因此与B超下或DSA(数字减影血管造影Digital subtraction angiography)下穿刺不同，CT下的穿刺不能在实时动态观测下进行，并且需要在CT扫描面内进行逐步穿刺，并在穿刺过程中往往需多次调整，耗时长久，且误差大。
现有技术中，通常医护人员完全徒手穿刺，明确体表穿刺点后，凭经验估测入针角度和深度，逐步推进，在穿刺针行进过程中通过反复拍摄CT调整角度和深度。随着对穿刺精度要求的提高，也有用普通量角器定位，这种定位方式需要辅助人员用量角器瞄准穿刺针，帮助医护人员调整横断面上的穿刺针角度。此外，还有带有铅垂线和量角器的穿刺针上带，穿刺针倾斜后与铅垂线形成夹角，根据量角器显示的角度值调节穿刺针的角度。然而，上述方式的进针过程均依靠医护人员徒手操作，穿刺精度严重依赖医护人员的经验和技术，误差较大，重复性差。
同时，上述穿刺方式的入针方向通常也局限在单个CT扫描面内进行，并且穿刺过程中对进针面进行多次扫描，这就造成在基于CT图像无法进行跨扫描断层穿刺。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种穿刺系统和方法。
本实施提出的一种穿刺系统，参照图1，该穿刺系统包括：C臂CT1，半导体激光器2，手术导航服务器3。
所述的C臂CT1，具有高分辨力的二维面阵探测器，能够将发出的X线投影的二维数据经重建后可直接得到各向同性的三维数据；能够将获得的大量二维图像信息，将这些信息传送至手术导航服务器，并进行三维影像重建和后处理；能够根据术前穿刺路径规划，自行运行到特定角度：即平板发射器发出的X线同时穿过头皮穿刺点及穿刺靶点。
所述的半导体激光器2工作原理是通过激励方式，利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
所述手术导航服务器3，能够采用滤波反投影重建算法，根据二维投影图像计算出目标物的三维数据，即能够对术前诊断影像进行三维模型重构，得到术前诊断影像三维模型；能够构建术前规划的实施环境；能够对所述术前诊断影像三维模型进行术前规划并获得带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型，所述术前规划信息包括脑出血的关键部位的标记信息、穿刺针对头皮穿刺点的规划信息和穿刺针在脑组织内部行径路线的规划信息；能够对所述二维CT图像信号进行实时三维模型重构，得到术中三维立体模型；能够对带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型进行旋转、对比度调节及随意切割，形成动态术前三维模型。
优选的，半导体激光器2输出的为“十”字型激光，发出的激光与激光器底面垂直。
本发明的穿刺方法包括如下步骤，见图2：
步骤一：选择在皮肤距离穿刺靶点最近的部位标记金属标记物，设为穿刺点。利用C臂CT对患者穿刺部位进行扫描，获取二维CT图像信号，应用手术导航服务器进行三维模型重构，获得术前诊断影像三维模型；基于术前诊断影像三维模型，构建术前规划的实施环境。
步骤二：对术前诊断影像三维模型进行术前规划：标记穿刺靶点，利用穿刺点和穿刺靶点确定穿刺路径及穿刺深度，再次将穿刺点与穿刺靶点进行重叠，利用“两点一线”的原理确定了激光的发射方向并记录即时的3D参考影像工作角度。获得了带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型；
步骤三：利用C臂CT自动位置控制模块功能，将使机架移动自动定位到3D参考影像所显示的角度。
步骤四：将半导体激光发射器底端贴于C臂CT的平板上，使发出的激光垂直于平板，移动激光发射器，将十字激光焦点对准穿刺点，此时激光发射的方向即同时经过穿刺点和穿刺靶点，此时激光发射的方向为穿刺方向，根据术前测量的穿刺点及穿刺靶点的距离决定穿刺深度。术中穿刺过程中令激光焦点持续置于穿刺针尾中心，此时穿刺针的穿刺方向即保持持续朝向靶点中心。
步骤五：通过C臂CT再次扫描，再次验证穿刺针的位置；
优选地，所述步骤一中，所述术前诊断影像三维模型是指对所述影像学资料的二维图像重建出患者组织的三维图像。
优选地，所述步骤一中，可选择在皮肤距离穿刺靶点最近的部位标记多个金属标记物，根据术前诊断影像三维模型，避开皮下重要结构，选择最佳的一个为穿刺点。
优选地，所述步骤二中，所述术前规划信息包括关键部位的标记信息、穿刺针对穿刺点的规划信息和穿刺针在组织内部行径路线的规划信息。
优选地，所述步骤三中，所述C臂CT自动位置控制模块功能为3D APC功能。
在本发明实施例中，所提出的穿刺系统和方法，根据穿刺对象的医学影像资料确定穿刺组织的位置，将所述组织位置所在的中心的作为穿刺靶点；根据穿刺点和穿刺靶点规划入针路径，通过调整C臂CT的平板的角度使X线同时经过穿刺点和穿刺靶点来确定穿刺方向，根据C臂CT的平板X线与激光平行确定激光方向为穿刺方向，根据术中使激光持续位于穿刺针尾部确定穿刺方向为激光的方向，从而达到穿刺方向于预定规划路径高度重合，实现入针路径快速、准确，从而减少对医护人员穿刺经验的依赖，实现快速准确穿刺。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺系统的结构示意图；
图2为实施本发明提出的一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺方法的方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
临床案例：
病人：张XX，男，65岁，左侧基底节区脑出血，来自滨州医学院附属医院。
(1)选择在头皮距离血肿最近的额部标记金属标记物，设为穿刺点。利用C臂CT对患者头部进行扫描，获取二维CT图像信号，应用手术导航服务器进行三维模型重构，获得术前诊断影像三维模型；基于术前诊断影像三维模型，构建术前规划的实施环境。
(2)对术前诊断影像三维模型进行术前规划：于血肿中心标记穿刺靶点，利用穿刺点和穿刺靶点确定穿刺路径及穿刺深度，再次将穿刺点与穿刺靶点进行重叠，利用“两点一线”的原理确定了激光的发射方向并记录即时的3D参考影像工作角度。获得了带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型；
(3)利用C臂CT自动位置控制模块中的3D APC功能，将使机架移动自动定位到3D参考影像所显示的角度。
(4)常规开颅，于穿刺点进行颅骨钻孔。将半导体激光发射器底端贴于C臂CT的平板上，使发出的激光垂直于平板，移动激光发射器，将十字激光焦点对准穿刺点，此时激光发射的方向即同时经过穿刺点和穿刺靶点，此时激光发射的方向为穿刺方向，根据术前测量的穿刺点及穿刺靶点的距离决定穿刺深度。术中穿刺过程中令激光焦点持续置于穿刺针尾中心，此时穿刺针的穿刺方向即保持持续朝向靶点中心。
(5)通过C臂CT再次扫描，再次验证穿刺针的位置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺系统，其特征在于，包括C臂CT，半导体激光器，手术导航服务器；
所述的C臂CT，具有高分辨力的二维面阵探测器，能够将发出的X线投影的二维数据经重建后可直接得到各向同性的三维数据；能够将获得的大量二维图像信息，将这些信息传送至手术导航服务器，并进行三维影像重建和后处理；能够根据术前穿刺路径规划，自行运行到特定角度：即平板发射器发出的X线同时穿过头皮穿刺点及穿刺靶点。
所述的半导体激光器能够通过激励方式，利用半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
所述手术导航服务器，能够采用滤波反投影重建算法，根据二维投影图像计算出目标物的三维数据，即能够对术前诊断影像进行三维模型重构，得到术前诊断影像三维模型；能够构建术前规划的实施环境；能够对所述术前诊断影像三维模型进行术前规划并获得带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型，所述术前规划信息包括脑出血的关键部位的标记信息、穿刺针对头皮穿刺点的规划信息和穿刺针在脑组织内部行径路线的规划信息；能够对所述二维CT图像信号进行实时三维模型重构，得到术中三维立体模型；能够对带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型进行旋转、对比度调节及随意切割，形成动态术前三维模型。
2.一种基于C臂CT和半导体激光的穿刺方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)选择在皮肤距离穿刺靶点最近的部位标记金属标记物，设为穿刺点。利用C臂CT对患者穿刺部位进行扫描，获取二维CT图像信号，应用手术导航服务器进行三维模型重构，获得术前诊断影像三维模型；基于术前诊断影像三维模型，构建术前规划的实施环境。
(2)对术前诊断影像三维模型进行术前规划：标记穿刺靶点，利用穿刺点和穿刺靶点确定穿刺路径及穿刺深度，再次将穿刺点与穿刺靶点进行重叠，利用“两点一线”的原理确定了激光的发射方向并记录即时的3D参考影像工作角度。获得了带有术前规划信息的术前诊断影像三维模型；
(3)利用C臂CT自动位置控制模块功能，将使机架移动自动定位到3D参考影像所显示的角度。
(4)将半导体激光发射器底端贴于C臂CT的平板上，使发出的激光垂直于平板，移动激光发射器，将十字激光焦点对准穿刺点，此时激光发射的方向即同时经过穿刺点和穿刺靶点，此时激光发射的方向为穿刺方向，根据术前测量的穿刺点及穿刺靶点的距离决定穿刺深度。术中穿刺过程中令激光焦点持续置于穿刺针尾中心，此时穿刺针的穿刺方向即保持持续朝向靶点中心。
(5)通过C臂CT再次扫描，再次验证穿刺针的位置。
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