本發(fā)明涉及一種醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)，具體為一種借助3D術(shù)前規(guī)劃與體表交叉投影定位技術(shù)的醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病變或損傷后，會出現(xiàn)多種下尿路癥狀（如尿急、尿頻、尿失禁、排尿困難）和/或腸道功能障礙（如大便失禁、便秘），嚴(yán)重影響患者的生命質(zhì)量和身體健康。骶神經(jīng)調(diào)節(jié)（sacral neuromodulation，SNM）作為各種難治性下尿路功能障礙及腸道功能障礙保守治療失敗后的一種行之有效的治療手段，近年來越來越多地得到臨床應(yīng)用。

骶神經(jīng)調(diào)節(jié)的手術(shù)方法首要步驟即安裝測試電極，其中的第3骶神經(jīng)孔穿刺是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于該孔體表特征不明顯，使得盲穿定位困難，完全依據(jù)術(shù)者個人臨床經(jīng)驗(yàn)，存在反復(fù)試穿甚至最終失敗的可能；另外，雖然部分輔以術(shù)中X線或B超引導(dǎo)，但前者雖骨性解剖標(biāo)志較為清楚，但尚不能直接、準(zhǔn)確地標(biāo)定皮膚穿刺點(diǎn)和穿刺路徑，且有放射性，后者雖無放射性，但骨性解剖標(biāo)志不易辨識，直接、準(zhǔn)確地標(biāo)定皮膚穿刺點(diǎn)和穿刺路徑的技術(shù)難點(diǎn)高，因此，這兩類技術(shù)仍然不能避免反復(fù)多次試穿刺的情況，甚至當(dāng)患者肥胖等致穿刺區(qū)域體表解剖特征不明顯，或因外傷等致穿刺孔位置變異過大時，穿刺難度則更是大大增加，甚至穿刺失敗。以上所述的種種困難，使得骶神經(jīng)調(diào)節(jié)的應(yīng)用與推廣受到了一定的限制，使得廣大相關(guān)患者仍然苦受疾病困擾，不能享受該技術(shù)所帶來的療效。因此，有效解決該技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)安全、高效地精準(zhǔn)穿刺迫切需要解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決目前骶神經(jīng)調(diào)節(jié)手術(shù)過程中，骶神經(jīng)穿刺時或主要依靠術(shù)者主觀經(jīng)驗(yàn)，或依賴X線、B超，一至多次試穿以完成穿刺，甚至因患者肥胖等致穿刺區(qū)域體表解剖特征不明顯，或因外傷等致穿刺孔位置變異過大而難以順利穿刺的技術(shù)問題，提供一種能夠用于輔助穿刺的醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)，包括一個開放式主機(jī)架，開放式主機(jī)架上設(shè)有計算機(jī)主機(jī)以及與計算機(jī)主機(jī)相連接的第一顯示屏和鍵鼠；開放式主機(jī)架的一側(cè)連接有一個弧形架，所述弧形架的弧面內(nèi)圈朝下且該弧面內(nèi)圈帶有滑道；所述滑道上滑動設(shè)有第一投影與采集盒和第二投影與采集盒；兩個投影與采集盒均內(nèi)置有微型投影儀、圖像采集器和集束光源；兩個投影與采集盒的集束光源均指向弧面所在圓的圓心，互不平行；兩個投影與采集盒均通過由計算機(jī)主機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動在弧形架上滑動，開放式主機(jī)架在設(shè)有弧形架的一側(cè)還配有與計算機(jī)主機(jī)相連接的第二顯示屏；

計算機(jī)主機(jī)采集術(shù)前獲得的患者俯臥位CT掃描圖像及穿刺針長度參數(shù)并在相應(yīng)軟件的支持下，對所述CT掃描圖像進(jìn)行髖骨、骶骨、尾骨、皮下脂肪、皮膚等關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的三維重建，獲得相應(yīng)的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形；

計算機(jī)主機(jī)在相應(yīng)軟件的支持下結(jié)合人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形以及輸入的穿刺針長度參數(shù)合成帶有虛擬穿刺針的3D重建合成圖形，并依據(jù)兩個投影與采集盒的實(shí)際空間位置，生成相對應(yīng)視覺角度下的兩幅平面待投影圖像；其中第一投影與采集盒對應(yīng)的平面待投影圖像模擬第一投影與采集盒視角下人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形的皮膚投影，以及第一投影與采集盒上所設(shè)的集束光源照射到穿刺針之后在皮膚上所形成的陰影Sa；陰影Sa的前端為Pa點(diǎn)，末端為Pa1點(diǎn)，中部有Pa2點(diǎn)；第二投影與采集盒對應(yīng)的平面待投影圖像模擬第二投影與采集盒視角下人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形的皮膚投影，以及第二投影與采集盒上所設(shè)的集束光源照射到穿刺針之后在皮膚上所形成的陰影Sb；陰影Sb的前端為Pb點(diǎn)，末端為Pb1點(diǎn)，中部有Pb2點(diǎn)；Pa、Pb分別作為兩個穿刺針陰影的針尖端點(diǎn)且重合，Pa1和Pb1分別為穿刺前兩個穿刺針陰影的針尾端點(diǎn)，Pa2和Pb2分別為穿刺后兩個穿刺針陰影的針尾端點(diǎn)；呈一定角度的第一、二投影與采集盒用于將所述的兩幅平面待投影圖像投影至待投影區(qū)域，并采集真實(shí)投影圖像后輸入計算機(jī)主機(jī)3中，以3D重建圖形的皮膚投影，以及Pa1和Pb1的重疊為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行第一、二投影與采集盒位置的實(shí)時同步調(diào)整。

進(jìn)一步的，在計算機(jī)主機(jī)獲得相應(yīng)的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形之后，需要先進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)步驟如下：

向計算機(jī)主機(jī)輸入兩個投影與采集盒在實(shí)際空間中的相對位置、待投影的位置高度后，計算機(jī)主機(jī)使用第一投影與采集盒將第一投影與采集盒視角下的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形向手術(shù)床上真實(shí)俯臥的人體皮膚投影，并采集實(shí)際圖像，以投影影像與真實(shí)人體皮膚的輪廓相吻合為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，完成第一投影與采集盒校準(zhǔn)；之后計算機(jī)主機(jī)使用第二投影與采集盒，將第二投影與采集盒視角下的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形向手術(shù)床上真實(shí)俯臥的人體皮膚投影，并采集實(shí)際圖像，以投影影像與真實(shí)人體皮膚的輪廓相吻合為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，完成第二投影與采集盒校準(zhǔn)。

本發(fā)明的工作原理：計算機(jī)主機(jī)內(nèi)設(shè)三維重建圖像處理子系統(tǒng)、術(shù)前規(guī)劃分析子系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)定位投射子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)；

使用本發(fā)明時，在術(shù)前獲得患者俯臥位CT掃描圖像后，將薄層DICOM文件導(dǎo)入本系統(tǒng)，在三維重建圖像處理子系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)行髖骨、骶骨、尾骨、皮下脂肪、皮膚等關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的三維重建；通過第一、二顯示屏觀察閱覽得到的3D重建圖形，在術(shù)前規(guī)劃與分析子系統(tǒng)內(nèi)，以此圖像為基礎(chǔ)進(jìn)行穿刺位置、方向、深度的術(shù)前規(guī)劃，存入數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)后輸出至定位導(dǎo)引界面；調(diào)整系統(tǒng)位置擺放（術(shù)者對側(cè)的手術(shù)床旁），調(diào)整弧形架上第一、第二投影與采集盒至適宜位置，第一投影與采集盒一般位于目標(biāo)穿刺孔正上方，或據(jù)術(shù)前規(guī)劃調(diào)整后，向體表投射半透明化髖、骶、尾骨及皮膚輪廓，使用計算機(jī)主機(jī)調(diào)整投影位置及縮放倍數(shù)，使之與實(shí)際體表標(biāo)志基本吻合，第二投影與采集盒在第一投影與采集盒與主機(jī)架之間，且與第一投影與采集盒呈一定角度，使用計算機(jī)主機(jī)調(diào)整投影位置及縮放倍數(shù)，使之與實(shí)際體表標(biāo)志基本吻合，使用計算機(jī)主機(jī)對第一、二投影與采集盒同時投影圖像做自動分析并微調(diào)，使之完全重疊；輸入穿刺針長度等必要參數(shù)后，投影與采集盒采集結(jié)合在工作站自動分析已設(shè)定好的第一投影與采集盒與體表、第一投影與采集盒與第二投影與采集盒在實(shí)際空間中的相對位置，虛擬現(xiàn)實(shí)定位投射子系統(tǒng)智能計算第一、第二投影與采集盒視角下穿刺針分別在皮膚上的體表投影（如圖3、4、5所示），之后以某一顏色同時向體表投射出穿刺點(diǎn)Pa，Pb以及穿刺針體表投影線段Sa_（Pa-Pa1），Sb_（Pb-Pb1），并行自動校準(zhǔn)（Pa與Pb重合視為投影校準(zhǔn)無誤），校準(zhǔn)無誤后，以另一顏色投射穿刺完成后的針尾體表投影Pa₂，Pb₂；此時術(shù)者手持穿刺針，將針尖置于穿刺點(diǎn)Pa（即Pb），調(diào)整穿刺針方向，至其體表陰影與Sa_（Pa-Pa1），Sb_（Pb-Pb1）線段重合后，沿當(dāng)前方向穿刺，深度以其針尾體表投影與Pa₂，Pb₂重合，此過程中并適當(dāng)結(jié)合術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，體會此過程中應(yīng)有的突破感及穿刺入骶骨裂孔后的落空感，視為成功，從而完成精準(zhǔn)定位導(dǎo)引。

上述各硬件部件均為市場上可以購買到的，軟件技術(shù)亦均為現(xiàn)有技術(shù)，是易于實(shí)現(xiàn)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述工作過程的記載就可以編寫出相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)以3D重建圖形為基礎(chǔ)合成一個帶有虛擬穿刺針的3D重建合成圖形以及兩種視覺角度下的平面待投影圖像，并將兩幅平面待投影圖像以不同角度投射。

本發(fā)明具有的有益效果：

1、術(shù)前依據(jù)擬接受穿刺病人的俯臥位CT數(shù)據(jù)，行三維重建并術(shù)前穿刺規(guī)劃，不僅直觀、量化，更具有明顯的個體化特征，可以精準(zhǔn)地對穿刺方案進(jìn)行分析判斷和虛擬預(yù)演；

2、術(shù)中體表交叉投影定位技術(shù)的應(yīng)用，使得無論穿刺前還是整個穿刺過程中，穿刺針空間位置均直觀、準(zhǔn)確，清晰顯示，可隨時對比，從而提高了穿刺成功率；

3、術(shù)中體表交叉投影定位技術(shù)的應(yīng)用，操作簡單，容易掌握，不僅易于該技術(shù)的普及和推廣，更可降低骶骨部位情況復(fù)雜的穿刺難度。

附圖說明

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2本發(fā)明功能結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明體表投射示意圖（頂視圖）。

圖4為圖3中A的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5本發(fā)明體表投射示意圖（側(cè)視圖）。

圖6本發(fā)明所述醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7本發(fā)明所述醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)的頂視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8本發(fā)明所述醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)的后視結(jié)構(gòu)示意圖（工作狀態(tài)）。

圖9本發(fā)明所述醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)的后視結(jié)構(gòu)示意圖（展開狀態(tài)下）。

1-可制動萬向輪；2-開放式主機(jī)架；3-計算機(jī)主機(jī)；4-鍵鼠；5-第一顯示屏；6-第一水平軸；7-顯示屏連接桿；8-第二水平軸；9-豎直滑道；10-延伸臂；11-第二顯示屏；12-反“L”形軸；13-弧形架座；14-弧形架；15-第一投影與采集盒；16-第二投影與采集盒；17-手術(shù)床；18-骶骨，19-穿刺針。

具體實(shí)施方式

一種醫(yī)用骶神經(jīng)穿刺定位導(dǎo)引系統(tǒng)，包括一個開放式主機(jī)架2，開放式主機(jī)架2上設(shè)有計算機(jī)主機(jī)3以及與計算機(jī)主機(jī)3相連接的第一顯示屏5和鍵鼠4（可選用無線鍵鼠）；開放式主機(jī)架2的一側(cè)連接有一個弧形架14，所述弧形架14的弧面內(nèi)圈朝下且該弧面內(nèi)圈帶有滑道；所述滑道上滑動設(shè)有第一投影與采集盒15和第二投影與采集盒16；兩個投影與采集盒均內(nèi)置有微型投影儀、圖像采集器和集束光源；兩個投影與采集盒的集束光源均指向弧面所在圓的圓心，互不平行；兩個投影與采集盒均通過由計算機(jī)主機(jī)3控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動在弧形架14上滑動，開放式主機(jī)架2在設(shè)有弧形架14的一側(cè)還配有與計算機(jī)主機(jī)3相連接的第二顯示屏11；

計算機(jī)主機(jī)3采集術(shù)前獲得的患者俯臥位CT掃描圖像及穿刺針長度參數(shù)并在相應(yīng)軟件的支持下，對所述CT掃描圖像進(jìn)行髖骨、骶骨、尾骨、皮下脂肪、皮膚等關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)的三維重建，獲得相應(yīng)的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形；

此時，需要先進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)步驟如下：向計算機(jī)主機(jī)3輸入兩個投影與采集盒在實(shí)際空間中的相對位置、待投影的位置高度后，計算機(jī)主機(jī)3使用第一投影與采集盒15將第一投影與采集盒15視角下的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形向手術(shù)床17上真實(shí)俯臥的人體皮膚投影，并采集實(shí)際圖像，以投影影像與真實(shí)人體皮膚的輪廓相吻合為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，完成第一投影與采集盒15校準(zhǔn)；之后計算機(jī)主機(jī)3使用第二投影與采集盒16，將第二投影與采集盒16視角下的人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形向手術(shù)床17上真實(shí)俯臥的人體皮膚投影，并采集實(shí)際圖像，以投影影像與真實(shí)人體皮膚的輪廓相吻合為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，完成第二投影與采集盒16校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)完成后，計算機(jī)主機(jī)3在相應(yīng)軟件的支持下結(jié)合人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形以及輸入的穿刺針長度參數(shù)合成帶有虛擬穿刺針的3D重建合成圖形，并依據(jù)兩個投影與采集盒15、16的實(shí)際空間位置，生成相對應(yīng)視覺角度下的兩幅平面待投影圖像；其中第一投影與采集盒15對應(yīng)的平面待投影圖像模擬第一投影與采集盒15視角下人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形的皮膚投影，以及第一投影與采集盒15上所設(shè)的集束光源照射到穿刺針之后在皮膚上所形成的陰影Sa；陰影Sa的前端為Pa點(diǎn)，末端為Pa1點(diǎn)，中部有Pa2點(diǎn)；第二投影與采集盒16對應(yīng)的平面待投影圖像模擬該視角下人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形的皮膚投影，以及第二投影與采集盒16上所設(shè)的集束光源照射到穿刺針之后在皮膚上所形成的陰影Sb；陰影Sb的前端為Pb點(diǎn)，末端為Pb1點(diǎn)，中部有Pb2點(diǎn)；Pa、Pb分別作為兩個穿刺針陰影的針尖端點(diǎn)且重合，Pa1和Pb1分別為穿刺前兩個穿刺針陰影的針尾端點(diǎn)，Pa2和Pb2分別為穿刺后兩個穿刺針陰影的針尾端點(diǎn)；呈一定角度的第一、二投影與采集盒15、16用于將所述的兩幅平面待投影圖像投影至待投影區(qū)域，并采集真實(shí)投影圖像后輸入計算機(jī)主機(jī)3中，以3D重建圖形的皮膚投影，以及Pa1和Pb1的重疊為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行第一、二投影與采集盒15、16位置的實(shí)時同步調(diào)整。

呈一定角度的第一、二投影與采集盒15、16用于將所述的兩幅平面待投影圖像投影至待投影區(qū)域，且可避免投影時操作者手部等的遮擋。

所述陰影Sa和Sb以及Pa、Pa1、Pa2、Pb、Pb1、Pb2均采用不同的顏色予以顯示并投影。

所述第一、二顯示屏5、11，可全程顯示人體結(jié)構(gòu)3D重建圖形及兩個不同位置的穿刺針3D圖形，以及兩個投影與采集盒15、16相對應(yīng)視覺角度下的兩幅平面待投影圖像。

開放式主機(jī)架2包括底座、豎直安裝在靠近底座一側(cè)的立板以及安裝在立板頂部的頂部平臺；計算機(jī)主機(jī)3設(shè)在底座上，第一顯示屏5和鍵盤4設(shè)在頂部平臺上；立板上開有豎直滑道9，豎直滑道9上滑動設(shè)有一個在水平方向延伸的延伸臂10，延伸臂10的一端滑動連接在豎直滑道9上，所述弧形架14安裝在延伸臂10的另一端且位于與開放式主機(jī)架2相反的一側(cè)；弧形架14所在豎直面與延伸臂10所在豎直面相垂直；所述延伸臂10也通過相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)上下滑動，該步進(jìn)電機(jī)也由計算機(jī)主機(jī)3進(jìn)行控制；第二顯示屏11安裝在延伸臂10的中部與開放式主機(jī)架2相反的一側(cè)。

弧形架（一般橫位）與延伸臂（一般偏頭側(cè)，在頭側(cè)與水平面呈80°左右，以避開術(shù)中X線與骶骨目標(biāo)孔的連線，或據(jù)術(shù)前規(guī)劃調(diào)整。

延伸臂10連接有一個反“L”型軸12，反“L”型軸12連接有一個弧形架座13；所述弧形架14安裝在弧形架座13上?；⌒渭茏?3可以繞著反“L”型軸12轉(zhuǎn)動，如圖8為工作狀態(tài)下本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9中弧形架座繞著反“L”型軸12轉(zhuǎn)動呈展開狀態(tài)。

開放式主機(jī)架2的底部設(shè)有可制動萬向輪1。第一顯示屏5通過顯示屏連接桿7制成在頂部平臺上，第一顯示屏與顯示屏連接桿7之間通過第一水平軸6相連接，顯示屏連接桿7通過第二水平軸8與頂部平臺相連接。