CN115105203A - 一种虚拟颅脑3d建模系统及三轴坐标定位方法 - Google Patents

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赵东明
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Abstract

本发明公开了一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，涉及医疗技术领域，包括穿刺头架，所述穿刺头架的一侧通过轨道铰链连接有穿刺固定器轨道，且穿刺固定器轨道的一侧活动安装有穿刺固定器。本发明通过设置的3D自动建模的系统软件（专利号：2022SR0746713）、穿刺头架、穿刺固定器、穿刺固定器轨道和轨道铰链，其原理是通过术前检查的CT扫描或核磁等现代影像检查手段的检查数据，通过计算机重建患者颅内三维模型，然后医生在系统中定位病灶的空间坐标，系统获取病灶坐标后将系统原点移动到病灶坐标的靶点中心，由于系统原点位于穿刺固定器轨迹的球心，穿刺固定器任意移动穿刺方向始终指向病灶中心，从而替代目前术者仅凭个人经验完成穿刺手术操作。

Description

一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体为一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法。
背景技术
在开颅手术中，需要对患者的病灶进行定位，通常采用的是根据CT（ComputedTomography,即电子计算机断层扫描）或核磁MRI等现代影像检查手段对患者的病灶位置进行定位，并在患者头上相应位置做标记，医生在穿刺过程中，借助标记以及自身经验对穿刺角度和穿刺深度进行控制，颅内穿刺手术通过CT造影或核磁等现代影像检查手段显示病灶然后医生读片在脑海里重建颅脑三维模型，定位病灶的空间位置，要求术者对颅内各个功能区的解剖结构足够熟悉，对自身的经验和穿刺手法也要求极高，所以目前在一些中小医院难以推广。
随着三维重建技术在医学领域的运用和手术机器人的技术发展，完全可以用过CT扫描或核磁等现代影像检查手段获取病灶断层数据然后通过计算机重建患者颅内三维模型，然后通过运动控制将病灶位置锁定轨道辅助穿刺，以替代术者个人经验完成手术。
在神经外科中，利用自适应颅脑脑定位穿刺系统的重建患者颅内三维模型及三轴坐标定位，然而现有的脑解剖系统中，将重点放在了脑内各组织结构间的空间位置关系，而脑组织功能区的正确分区以及基于术后情况的颅脑进一步认知也极为重要，通过自适应颅脑脑定位穿刺系统的重建患者颅内三维模型及三轴坐标定位进行3D重建脑组织，却无法分区，也缺少交互，而自适应颅脑脑定位穿刺系统的重建患者颅内三维模型及三轴坐标定位中也缺少针对这方面的进一步区分。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，以解决现有的脑解剖系统中，将重点放在了脑内各组织结构间的空间位置关系，而脑组织功能区的正确分区以及基于术后情况的颅脑进一步认知也极为重要，通过自适应颅脑脑定位穿刺系统的重建患者颅内三维模型及三轴坐标定位进行3D重建脑组织，却无法分区，也缺少交互，而自适应颅脑脑定位穿刺系统的重建患者颅内三维模型及三轴坐标定位中也缺少针对这方面的进一步区分的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种虚拟颅脑3D建模系统，包括穿刺头架，所述穿刺头架的一侧通过轨道铰链连接有穿刺固定器轨道，且穿刺固定器轨道的一侧活动安装有穿刺固定器。
通过采用上述技术方案，通过设置的穿刺头架、穿刺固定器、穿刺固定器轨道和轨道铰链，其原理是通过术前检查的CT扫描或核磁等现代影像检查手段的检查数据，通过计算机重建患者颅内三维模型，然后医生在系统中定位病灶的空间坐标，系统获取病灶坐标后将系统原点移动到病灶坐标的靶点中心，由于系统原点位于穿刺固定器轨迹的球心，穿刺固定器任意移动穿刺方向始终指向病灶中心，从而替代目前术者仅凭个人经验完成穿刺手术操作。
一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，包括以下步骤：
S1、手术前对患者进行颅内CT扫描或核磁等现代影像检查手段获得颅内断层影像；
S2、将扫描图形数据传输到本系统中，经过计算机软件运算，重建颅脑三维模型；
S3、根据患者面部特征识别等生物识别方式将三维重建模型与患者头颅重合，医生可根据三维重建模型定位确认病灶位置，进而生成病灶中心坐标点；
S4、在获取病灶中心坐标点后控制系统将会移动系统原点与病灶中心坐标点重合，系统调零即系统原点与病灶中心坐标重合，进行锁定；
S5、操作者可沿轨道任意移动穿刺固定器，穿刺针指向病灶中心，穿刺头架的球心即为病灶X、Y坐标，R-Z即为穿刺的深度；
S6、确定好穿刺点后，进行穿刺。
本发明进一步设置为，所述S6步骤中穿刺可根据医生习惯或病患情况选取手动穿刺或自动穿刺，手动穿刺则需要医生沿着穿刺固定器手动进针穿刺，穿刺针长度即为穿刺固定剂轨道所处的球面半径，同时待穿刺到病灶中心后，系统会提示已穿刺到位，若选取自动穿刺则穿刺固定器上的直线电机会控制穿刺针穿刺，待穿刺针尖端到达系统原点后，穿刺到位，穿刺动作完成。
本发明进一步设置为，所述S5步骤中由于穿刺固定器所处轨道为球面轨道，原点位于球面的球心位置，利用球体几何特性，任意垂直球面的直线一定经过球心，则穿刺固定器固定穿刺针方向垂直于球面轨道。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
本发明通过设置的穿刺头架、穿刺固定器、穿刺固定器轨道和轨道铰链，其原理是通过术前检查的CT扫描或核磁等现代影像检查手段的检查数据，通过计算机重建患者颅内三维模型，然后医生在系统中定位病灶的空间坐标，系统获取病灶坐标后将系统原点移动到病灶坐标的靶点中心，由于系统原点位于穿刺固定器轨迹的球心，穿刺固定器任意移动穿刺方向始终指向病灶中心，从而替代目前术者仅凭个人经验完成穿刺手术操作，通过三维重建患者颅内模型，可实现可视穿刺模拟，对术者术前方案制定和医患直观沟通提供方便，计算机软件自动定位病灶坐标，简化了手术操作，降低了手术难度，有利于该术式的推广，有利于缓解目前全国的医疗资源紧张的局面，利用CT等扫描数据导入系统实现颅脑三维重建，由医生标定病灶位置，生产病灶坐标，控制系统将系统原点移动到与病灶中心坐标点重合，此时穿刺头架的球心即为病灶中心，由于穿刺固定器轨道为球面轨道，垂直于球面轨道的直线必过球心，由此确定任意穿刺角度均可穿刺到达病灶，加上球面上任意一点到球心的距离均为球面半径，因此穿刺针深度即为轨道半径。
附图说明
图1为本发明的工作逻辑示意图；
图2为本发明的头颅病灶位置示意图；
图3为本发明的穿刺头架结构示意图；
图4为本发明穿刺头架俯视图。
图中：1、穿刺头架；11、穿刺固定器；12、穿刺固定器轨道；13、轨道铰链。
具体实施方式
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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。
一种虚拟颅脑3D建模系统，如图所示1-4，包括穿刺头架1，穿刺头架1的一侧通过轨道铰链13连接有穿刺固定器轨道12，且穿刺固定器轨道12的一侧活动安装有穿刺固定器11，穿刺固定器11所处的穿刺固定器轨道12是一个以系统原点为球心的球面，穿刺固定器11固定穿刺针使其穿刺方向始终垂直于球面穿刺点切面，根据球的几何特性，穿刺针的穿刺方向始终指向球心及坐标原点。
一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，包括以下步骤：
S1、手术前对患者进行颅内CT扫描或核磁等现代影像检查手段获得颅内断层影像；
S2、将扫描图形数据传输到本系统中，经过计算机软件运算，重建颅脑三维模型；
S3、根据患者面部特征识别等生物识别方式将三维重建模型与患者头颅重合，医生可根据三维重建模型定位确认病灶位置，进而生成病灶中心坐标点；
S4、在获取病灶中心坐标点后控制系统将会移动系统原点与病灶中心坐标点重合，系统调零即系统原点与病灶中心坐标重合，进行锁定；
S5、操作者可沿轨道任意移动穿刺固定器，穿刺针指向病灶中心；
S6、确定好穿刺点后，进行穿刺。
请参阅图，在上述实施例中，S6步骤中穿刺可根据医生习惯或病患情况选取手动穿刺或自动穿刺，手动穿刺则需要医生沿着穿刺固定器手动进针穿刺，穿刺针长度即为穿刺固定剂轨道所处的球面半径，同时待穿刺到病灶中心后，系统会提示已穿刺到位，若选取自动穿刺则穿刺固定器上的直线电机会控制穿刺针穿刺，待穿刺针尖端到达系统原点后，穿刺到位，穿刺动作完成，通过两种方式进行手术。
请参阅图3，在上述实施例中，S5步骤中由于穿刺固定器所处轨道为球面轨道，原点位于球面的球心位置，利用球体几何特性，任意垂直球面的直线一定经过球心，则穿刺固定器固定穿刺针方向垂直于球面轨道。
本发明的工作原理为：穿刺固定器11所处的穿刺固定器轨道12是一个以系统原点为球心的球面，穿刺固定器11固定穿刺针使其穿刺方向始终垂直于球面穿刺点切面，根据球的几何特性，穿刺针的穿刺方向始终指向球心及坐标原点，由于调零控制系统已将系统原点移动定位到病灶中心坐标点，所以穿刺固定器在轨道上任意移动穿刺方向始终指向病灶中心，医生可根据病灶实际位置规划最优的穿刺路径以避开重要功能区，穿刺固定器可在穿刺固定器轨道上沿b方向任意移动，同时，穿刺固定器轨道12可绕轨道铰链13沿a方向活动，二者所处的活动范围可覆盖头颅所处的所有穿刺点和穿刺方向，在穿刺固定器轨道12上任意移动穿刺固定器11选定最优的路径后锁定穿刺固定器然后选取手动穿刺或自动穿刺，手动穿刺医生可沿着穿刺固定器11固定后的穿刺角度和穿刺点进行穿刺，穿刺固定器轨道的球面半径即为穿刺针的进针深度，穿刺到位后系统会自动提示。若选取自动进针，控制系统则会控制穿刺固定器上的直线电机进针，直至穿刺到系统原点，即为病灶的中心点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种虚拟颅脑3D建模系统，包括穿刺头架（1），其特征在于：所述穿刺头架（1）的一侧通过轨道铰链（13）连接有穿刺固定器轨道（12），且穿刺固定器轨道（12）的一侧活动安装有穿刺固定器（11）。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，包括以下步骤：
S1、手术前对患者进行颅内CT扫描或核磁等现代影像检查手段获得颅内断层影像；
S2、将扫描图形数据传输到本系统中，经过计算机软件运算，重建颅脑三维模型；
S3、根据患者面部特征识别等生物识别方式将三维重建模型与患者头颅重合，医生可根据三维重建模型定位确认病灶位置，进而生成病灶中心坐标点；
S4、在获取病灶中心坐标点后控制系统将会移动系统原点与病灶中心坐标点重合，系统调零即系统原点与病灶中心坐标重合，进行锁定；
S5、操作者可沿轨道任意移动穿刺固定器，穿刺针指向病灶中心，穿刺头架的球心即为病灶X、Y坐标，R-Z即为穿刺的深度；
S6、确定好穿刺点后，进行穿刺。
3.根据权利要求2所述的一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，其特征在于：所述S6步骤中穿刺可根据医生习惯或病患情况选取手动穿刺或自动穿刺，手动穿刺则需要医生沿着穿刺固定器手动进针穿刺，穿刺针长度即为穿刺固定器轨道所处的球面半径，同时待穿刺到病灶中心后，系统会提示已穿刺到位，若选取自动穿刺则穿刺固定器上的直线电机会控制穿刺针穿刺，待穿刺针尖端到达系统原点后，穿刺到位，穿刺动作完成。
4.根据权利要求2所述的一种虚拟颅脑3D建模系统及三轴坐标定位方法，其特征在于：所述S5步骤中由于穿刺固定器所处轨道为球面轨道，原点位于球面的球心位置，利用球体几何特性，任意垂直球面的直线一定经过球心，则穿刺固定器固定穿刺针方向垂直于球面轨道。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115444521A (zh) * 2022-09-28 2022-12-09 郑哲龙 用于颅脑穿刺的定位装置

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