CN114587582A - 一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，包括以下步骤：步骤S100.获取解剖参数和压力数据；步骤S200.仿真模型构建；步骤S300.抗反流测试；步骤S400.获取埋植数据。得到的输尿管模拟埋值数据用于给临床膀胱输尿管再植提供参考，有助于提高手术质量。

Description

一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法
技术领域
本发明涉及医学模拟现实技术领域，特别涉及一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法。
背景技术
原发性膀胱输尿管反流是指由于膀胱输尿管连接部活瓣功能发育不全，排尿时部分尿液反流入输尿管或肾盂，破坏了尿液只能从输尿管排入膀胱的单向流动机制，可导致泌尿系感染或引发肾脏疤痕化，严重损害肾功能。正常人输尿管内的液体压力略高于膀胱，促使尿液从输尿管流入膀胱。发生膀胱输尿管反流时，膀胱内的压力高于输尿管。输尿管与膀胱内液体压力差的消失甚至逆转，是发生反流的流体力学基础。
膀胱输尿管再植手术是治疗膀胱输尿管反流的主要方法，手术目的是增加输尿管在膀胱粘膜下的埋植长度，随着埋植长度的增加，尿液从膀胱反流至输尿管的阻力不断加大，从而达到抗反流的目的。该手术的难点在于难以精准把握输尿管埋植的长度，如果埋植过短可能导致抗反流不足，埋植过长则又会导致尿液不能正常从输尿管流入膀胱，形成上尿路梗阻。为解决这一问题，临床医师往往会将埋植长度设定为输尿管内径的4-5倍。但是由于不同患儿输尿管及膀胱内液体压力各有差异，仅仅依靠埋植长度来进行抗反流，这一方法缺乏足够的精度。因此在进行膀胱输尿管再植术后，有相当一部分患儿仍有反流，另外还存在部分患儿术后输尿管尿液不能排入膀胱从而形成上尿路梗阻。
因此，只有确定最佳的埋植长度，才能精准控制输尿管与膀胱内的液体压力差，才能让尿液顺利从输尿管排入膀胱，又不从膀胱反流至输尿管。然而输尿管埋植长度难以精准计算，如果在手术操作中对患儿反复进行输尿管埋植及压力测试，又会给患儿带来极大伤害。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，旨在提供数据给临床膀胱输尿管再植参考。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，包括以下步骤：
步骤S100.获取解剖参数和压力数据：
采用CT增强扫描对患者的泌尿系统进行检查，然后通过CT重建获取肾脏、输尿管和膀胱的解剖参数；获取发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，计算发生反流时输尿管和膀胱间的压力差；
步骤S200.仿真模型构建：
根据步骤S100中获取的肾脏、输尿管和膀胱的解剖参数，通过3D打印设备打印出仿真模型；
步骤S300.抗反流测试：
在仿真模型上模拟埋植输尿管，注入液体，使仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差为步骤S100中获取的发生反流时的压力差，测试是否发生反流；
步骤S400.获取埋植数据：
调整输尿管埋植的长度和角度，直至仿真模型中没有发生反流，记录输尿管埋植的长度和角度。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S100还包括：
获取未发生反流时输尿管和膀胱内的压力值，计算未发生反流时输尿管和膀胱间的压力差；
还包括步骤S301.梗阻测试：
使仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差为步骤S100中获取的未发生反流时的压力差，将液体通过输尿管注入膀胱，观察液体是否顺利排入膀胱。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S100中，患者输尿管及膀胱内的压力值的获取包括以下步骤：对患者进行膀胱造影检查，检测输尿管及膀胱内压力，获取未发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，然后往患者膀胱推注造影剂使得发生反流，获取发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，计算发生反流时输尿管和膀胱间的压力差。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S300或步骤S301中，仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差控制包括以下步骤：通过压差计检测仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差，并通过压力泵使仿真模型的膀胱与输尿管之间形成压力差。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S200中，所述仿真模型采用透明软质弹性材料制作。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，还包括：
步骤S500.打印人体置入支架管:根据步骤S400中记录的输尿管的埋植角度制备固定形状的、用于置入人体输尿管的支架管。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S300还包括，在埋植输尿管后，在输尿管内置入模拟支架管，所述模拟支架管为可塑形支架管，用于调整和固定仿真模型输尿管的角度。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S400还包括根据模拟支架管的形状制备固定形状的、用于置入人体输尿管的支架管。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S300中，所述抗反流测试前，先往膀胱内加入染液。
所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其中，所述步骤S301中，所述梗阻测试前，先往输尿管内加入染液。
有益效果：
本发明提供了一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，通过先收集患者体内膀胱和输尿管在不同状态下的压力值和器官组织的解剖参数，然后通过3D打印制作出仿真模型，并利用仿真模型进行输尿管再植预演，得到具有参考价值的数据，临床医师根据数据可以制定出更好的膀胱输尿管再植方案。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明一种改进方式的流程图一。
图3为本发明一种改进方式的流程图二。
图4为仿真模型测试时各装置的连接关系示意图。
图5为仿真模型输尿管埋植后的位置示意图。
图6为仿真模型输尿管中置入支架管后的位置示意图。
图7为图6在A处的放大图。
主要元件符号说明：1-膀胱，2-输尿管，3-压差计，4-压力泵，5-支架管。
具体实施方式
本发明提供一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，包括以下步骤：
步骤S100.获取解剖参数和压力数据：
采用CT增强扫描对患者的泌尿系统进行检查，然后通过CT重建获取肾脏、输尿管2和膀胱1的解剖参数；获取发生反流时输尿管2及膀胱1内的压力值，计算发生反流时输尿管2和膀胱1间的压力差；
具体的，肾脏、输尿管2和膀胱1可进一步细分为肾盂、肾盏、输尿管中上段、壁内段、膀胱壁、输尿管膀胱出口、膀胱三角区、膀胱尿道出口，根据以上分区分别收集解剖参数，所述解剖参数包括管腔长径、冠状径、矢状径、管壁厚度等，以获取更加详细的参数，并确定各个器官的空间三维坐标，构建仿真度更高的模型。
步骤S200.仿真模型构建：
根据步骤S100中获取的肾脏、输尿管2和膀胱1的解剖参数，通过3D打印设备打印出仿真模型。具体的，所述仿真模型采用整体打印的方式，得到的模型更接近现实情况，不会因分别打印后再拼接而导致发生错位或存在拼接缝隙。
步骤S300.抗反流测试：
在仿真模型上模拟埋植输尿管2，注入液体，使仿真模型的膀胱1和输尿管2间的压力差为步骤S100中获取的发生反流时的压力差，测试是否发生反流；
请参阅图5，实际测试时，模拟手术过程将仿真膀胱1的表面切开，将部分输尿管2埋植于切开的膀胱壁内，增加输尿管2埋植的长度，然后将切口处粘合或缝合，防止漏液，固定好后在仿真模型上模拟产生患者体内发生反流时的压力差，测试出目前埋植的输尿管2长度和角度是否合适。
步骤S400.获取埋植数据：
调整输尿管2埋植的长度和角度，直至仿真模型中没有发生反流，记录输尿管2埋植的长度和角度。除了输尿管2埋植的长度会影响抗反流效果，输尿管2埋植的角度也有重要影响，因此，在得到最好的埋植方案后需要记录埋植的长度和角度。
请参阅图2，作为进一步的改进，所述步骤S100还包括：
获取未发生反流时输尿管2和膀胱1内的压力值，计算未发生反流时输尿管2和膀胱1间的压力差；
为了避免埋植的输尿管2长度过长而导致尿液无法从输尿管2流入膀胱1，还包括步骤S301.梗阻测试：
使仿真模型的膀胱1和输尿管2间的压力差为步骤S100中获取的未发生反流时的压力差，将液体通过输尿管2注入膀胱1，观察液体是否顺利排入膀胱1。
作为进一步的改进，所述步骤S100中，患者输尿管2及膀胱1内的压力值的获取包括以下步骤：对患者进行膀胱1造影检查，检测输尿管2及膀胱1内压力，获取未发生反流时输尿管2及膀胱1内的压力值，然后往患者膀胱1推注造影剂使得发生反流，获取发生反流时输尿管2及膀胱1内的压力值，计算发生反流时输尿管2和膀胱1间的压力差。
具体的，所述步骤S300或步骤S301中，仿真模型的膀胱1和输尿管2间的压力差控制包括以下步骤：通过压差计3检测仿真模型的膀胱1和输尿管2间的压力差，并通过压力泵4使仿真模型的膀胱1与输尿管2之间形成压力差。请参阅图4，一种实施方式中，所述压差计3分别与膀胱1和输尿管2连通，膀胱1和输尿管2分别连接有压力泵4，用于分别在膀胱1和输尿管2施加不同的压力，形成压力差。
具体的，所述步骤S200中，所述仿真模型采用透明软质弹性材料制作。所述透明软质弹性材料可以为软质硅胶，相比起其他材料，软质硅胶制作的仿真模型的质感和弹性与人体组织更相似，仿真效果更好，得到数据更有参考价值。测试时，测试人员可以通过透明的体壁观察到内部液体的流动情况，直观地判断输尿管2的埋植效果，以及可以更加准确地记录输尿管2埋植的位置和角度。
作为进一步的改进，所述步骤S300中，所述抗反流测试前，先往膀胱1内加入染液，使注入的液体带有颜色，与透明的体壁形成鲜明对比，有助于测试人员更加准确地判断是否发生反流现象。
作为进一步的改进，所述步骤S301中，所述梗阻测试前，先往输尿管2内加入染液，在模拟尿液通过输尿管2进入膀胱1时，注入的液体量较少，通过对注入的液体染色能够更好判断膀胱1内是否有液体进入。
请参阅图3，作为进一步的改进，所述采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，还包括：
步骤S500.打印人体置入支架管5:根据步骤S400中记录的输尿管2的埋植角度制备固定形状的、用于置入人体输尿管2的支架管5。
请参阅图6、图7，在临床手术当中，输尿管2再植后需要置入支架管5对输尿管2进行支撑，此外，支架管5还能起到导流的作用，支架管5在术后1个月后拨除，而现有的通用支架管5均为柔软的直管，不利于输尿管2再植后的组织塑形，愈合后的输尿管2角度往往会发生变化，影响抗反流效果。通过测试得到的输尿管2最佳角度等数据，可以打印出适配的、具有特定弧度的支架管5，使输尿管2再植后可以形成特定的角度。
作为进一步的改进，所述步骤S300还包括，在埋植输尿管2后，在输尿管2内置入模拟支架管，所述模拟支架管为可塑形支架管，用于调整和固定仿真模型输尿管2的角度。所述可塑形支架管可重复使用，施加一定外力可扭曲成不同角度，使仿真输尿管2形成一定角度，不会产生回弹，在进行测试时可以保持稳定，得到的输尿管2的埋植长度和角度更加可靠。
作为进一步的改进，所述步骤S400还包括根据模拟支架管的形状制备固定形状的、用于置入人体输尿管2的支架管5。步骤S300中，输尿管2的埋植长度和角度固定以后，将模拟支架管取出，取出时注意保持其形状不发生变化，然后根据模拟支架管的形状制备出固定形状的、用于置入人体输尿管2的支架管5。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以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，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100.获取解剖参数和压力数据：
采用CT增强扫描对患者的泌尿系统进行检查，然后通过CT重建获取肾脏、输尿管和膀胱的解剖参数；获取发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，计算发生反流时输尿管和膀胱间的压力差；
步骤S200.仿真模型构建：
根据步骤S100中获取的肾脏、输尿管和膀胱的解剖参数，通过3D打印设备打印出仿真模型；
步骤S300.抗反流测试：
在仿真模型上模拟埋植输尿管，注入液体，使仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差为步骤S100中获取的发生反流时的压力差，测试是否发生反流；
步骤S400.获取埋植数据：
调整输尿管埋植的长度和角度，直至仿真模型中没有发生反流，记录输尿管埋植的长度和角度。
2.根据权利要求1所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S100还包括：
获取不发生反流时输尿管和膀胱内的压力值，计算未发生反流时输尿管和膀胱间的压力差；
还包括步骤S301.梗阻测试：
使仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差为步骤S100中获取的未发生反流时的压力差，将液体通过输尿管注入膀胱，观察液体是否顺利排入膀胱。
3.根据权利要求2所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S100中，患者输尿管及膀胱内的压力值的获取包括以下步骤：对患者进行膀胱造影检查，检测输尿管及膀胱内压力，获取未发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，然后往患者膀胱推注造影剂使得发生反流，获取发生反流时输尿管及膀胱内的压力值，计算发生反流时输尿管和膀胱间的压力差。
4.根据权利要求3所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S300或步骤S301中，仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差控制包括以下步骤：通过压差计检测仿真模型的膀胱和输尿管间的压力差，并通过压力泵使仿真模型的膀胱与输尿管之间形成压力差。
5.根据权利要求3所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述仿真模型采用透明软质弹性材料制作。
6.根据权利要求2所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，还包括：
步骤S500.打印人体置入支架管:根据步骤S400中记录的输尿管的埋植角度制备固定形状的、用于置入人体输尿管的支架管。
7.根据权利要求2所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S300还包括，在埋植输尿管后，在输尿管内置入模拟支架管，所述模拟支架管为可塑形支架管，用于调整和固定仿真模型输尿管的角度。
8.根据权利要求7所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S400还包括根据模拟支架管的形状制备固定形状的、用于置入人体输尿管的支架管。
9.根据权利要求5所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S300中，所述抗反流测试前，先往膀胱内加入染液。
10.根据权利要求5所述的采用仿真模型优化膀胱输尿管再植方案的方法，其特征在于，所述步骤S301中，所述梗阻测试前，先往输尿管内加入染液。
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