本發(fā)明屬于醫(yī)療儀器領(lǐng)域，具體的涉及一種用于經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門體靜脈分流術(shù)(tips)的穿刺套件結(jié)構(gòu)改進(jìn)及術(shù)中穿刺針旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門體靜脈分流術(shù)(tips)是治療肝硬化門靜脈高壓及并發(fā)癥的微創(chuàng)介入技術(shù)，以安全、有效、微創(chuàng)，并可重復(fù)操作等特點(diǎn)，日益被廣大醫(yī)師和患者接受，逐漸成為臨床治療門脈高壓及其并發(fā)癥的主要手段。

tips采用介入放射技術(shù)，借助特殊介入治療器械，在肝靜脈與門靜脈分支間建立分流通道，使部分門靜脈血流直接匯入下腔靜脈，從而降低門靜脈壓力，達(dá)到控制和預(yù)防門靜脈高壓癥引起的嚴(yán)重并發(fā)癥的目的。由于其具有微創(chuàng)傷、定位準(zhǔn)確、安全有效及并發(fā)癥少等優(yōu)點(diǎn)，近20年發(fā)展迅速。tips是高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)，被《外周血管介入診療手術(shù)分級目錄》列為最復(fù)雜的手術(shù)之一。

在特定區(qū)域內(nèi)穿刺針從肝靜脈穿出，再精確地從門靜脈分支穿入是tips手術(shù)技術(shù)的難點(diǎn)。該步驟主要通過對穿刺針尾端進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加推進(jìn)來完成，其中穿刺針前進(jìn)方向角度的調(diào)整主要是通過操作穿刺套件末端對穿刺針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。目前，臨床中tips手術(shù)所用穿刺針是德國的庫克公司生產(chǎn)的rups100或rtps100穿刺套件，該套件尾端有一個(gè)小箭頭可以提示旋轉(zhuǎn)方向，然而缺乏精確性；而旋轉(zhuǎn)角度的確定則是醫(yī)生借助術(shù)前ct影像“想象”構(gòu)筑肝內(nèi)門體靜脈空間位置關(guān)系并設(shè)計(jì)穿刺路徑，憑經(jīng)驗(yàn)確定穿刺時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度。

這種完全憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)估和目測的旋轉(zhuǎn)角度存在極大不確定性，一旦角度不合適，不僅無法保證規(guī)劃路徑的實(shí)施，而且極大地增加腹腔出血的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有的提示旋轉(zhuǎn)角度的方法主要靠穿刺針尾端上翹的尖形箭頭設(shè)計(jì)來指示旋轉(zhuǎn)方向，該尾標(biāo)與針尖的彎折部分共面，可以提示穿刺針針尖大致旋轉(zhuǎn)到什么位置，目前還沒有針對術(shù)中旋轉(zhuǎn)操作的角度計(jì)算方法。

在利用rups100穿刺針進(jìn)行經(jīng)頸靜脈肝內(nèi)門體靜脈分流(tips)介入手術(shù)時(shí)，需要根據(jù)肝靜脈與目標(biāo)門靜脈分支之間解剖上的相對位置關(guān)系在術(shù)中調(diào)整穿刺針的前進(jìn)方向，這一步驟極為關(guān)鍵，錯(cuò)誤的方向會導(dǎo)致穿不中目標(biāo)而損傷其他血管或者肝實(shí)質(zhì)，并須將穿刺針重新抽回至肝靜脈再次調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度后再行穿刺，增加穿刺次數(shù)。由于肝靜脈與門靜脈不相連，且相對位置關(guān)系因人而異，則穿刺所需的旋轉(zhuǎn)角度也不固定，而現(xiàn)有的穿刺套件又不能提供精確的旋轉(zhuǎn)角度指示，且實(shí)際穿刺過程缺少實(shí)時(shí)影像引導(dǎo)，看不到肝靜脈與門靜脈實(shí)際位置關(guān)系，這一穿刺過程極為困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于tips手術(shù)的穿刺套件結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，使得術(shù)中旋轉(zhuǎn)操作角度提示更精確，并給出一種個(gè)性化的術(shù)中旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的術(shù)中旋轉(zhuǎn)操作。該方法主要針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的以下技術(shù)問題：

(1)旋轉(zhuǎn)操作的角度提示不精確

因?yàn)閮H通過與穿刺針針尖共面的尾標(biāo)來感觀地提示旋轉(zhuǎn)角度，沒有對旋轉(zhuǎn)操作進(jìn)行量化，隨著精準(zhǔn)化手術(shù)時(shí)代的到來，必然要求量化的操作提示，所以帶精準(zhǔn)刻度的手術(shù)套件成為必然。

(2)旋轉(zhuǎn)角度的確定完全憑經(jīng)驗(yàn)

因?yàn)榻槿胧中g(shù)中在x線透視引導(dǎo)下只能看到肝靜脈而看不到門靜脈，則肝靜脈與門靜脈的相對位置關(guān)系不能確定，而穿刺是由肝靜脈穿刺向門靜脈分支，即旋轉(zhuǎn)操作角度是由二者的相對位置關(guān)系共同決定的，僅憑術(shù)前的影像信息結(jié)合一些術(shù)中的輔助門靜脈定位方法，無法準(zhǔn)確確定旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明就是要提出一種能夠精確提示術(shù)中旋轉(zhuǎn)操作角度的穿刺套件結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，并給出旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算方法。通過對穿刺套管尾端進(jìn)行改進(jìn)，即添加一個(gè)角度調(diào)整指示刻度盤輔助裝置，并在術(shù)前規(guī)劃的基礎(chǔ)上計(jì)算出規(guī)劃路徑所需的穿刺旋轉(zhuǎn)角，使得改進(jìn)后的穿刺套件能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)操作，具有較高的精度，以及高度的個(gè)體特異性，實(shí)現(xiàn)精確穿刺。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種方法，其特征在于包括以下步驟：

將穿刺套件插入到位于受檢者的身體中的腔中，所述穿刺套件具有外鞘、嵌在所述外鞘內(nèi)的穿刺針及軟管，所述外鞘的尾端外緣接一個(gè)角度提示刻度盤，所述穿刺針有供操作者手持的手柄尾端和接觸受檢部位的遠(yuǎn)程前端；位于所述遠(yuǎn)程前端中部的接觸力傳感器、位于所述遠(yuǎn)程前端前部的發(fā)射器、接收器，以及位于所述遠(yuǎn)程前端后部的位置傳感器；

將所述穿刺針操縱成抵達(dá)所述腔的壁中的第一目標(biāo)出針點(diǎn)ip；

響應(yīng)于所述接觸力傳感器的讀數(shù)來建立所述穿刺針遠(yuǎn)程前端前部和所述目標(biāo)出針點(diǎn)之間的期望的接觸力；以及

根據(jù)所述期望的接觸力調(diào)整穿刺針手柄尾端進(jìn)行繞手柄所在軸的自身旋轉(zhuǎn)，直至到達(dá)期望的角度提示刻度盤上的角度值，此時(shí)穿刺針?biāo)诘钠矫婧偷谝荒繕?biāo)出針點(diǎn)ip與手柄軸所構(gòu)成的平面重合；

穿刺針繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)預(yù)先規(guī)劃的第二目標(biāo)入針點(diǎn)tp。

進(jìn)一步地，所述角度提示刻度盤為逆時(shí)針方向布置，刻度盤中0刻度的方向與人體坐標(biāo)系的矢狀軸重合。

進(jìn)一步地，包括：

穿刺點(diǎn)勾畫，對受檢者在術(shù)前預(yù)先獲取醫(yī)學(xué)成像模態(tài)，根據(jù)所述成像模態(tài)上進(jìn)行路徑規(guī)劃操作，以及

采用迭代閾值分割結(jié)合形態(tài)學(xué)操作進(jìn)行受檢部位圖像分割，在分割后的受檢部位區(qū)域內(nèi)采用雙閾值法進(jìn)行目標(biāo)特征形態(tài)的提取，然后采用面繪制方法進(jìn)行三維可視化，最后將可視化影像導(dǎo)入3dslicer由操作者基于目標(biāo)特征形態(tài)的空間解剖位置關(guān)系選取第一目標(biāo)出針點(diǎn)ip及第二目標(biāo)入針點(diǎn)tp，從而構(gòu)筑虛擬穿刺路徑，完成路徑規(guī)劃。

進(jìn)一步地，包括，

所述醫(yī)學(xué)成像模態(tài)是下列之一，醫(yī)學(xué)共振(mr)成像；計(jì)算機(jī)斷層攝影(ct)成像；正電子發(fā)射光譜(pet)成像；或單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(spect)成像；所述目標(biāo)特征形態(tài)是下列之一頸靜脈、肝右靜脈、下腔靜脈、門靜脈。

進(jìn)一步地，包括，旋轉(zhuǎn)角度γ的計(jì)算，

所述旋轉(zhuǎn)角度γ定義為：當(dāng)穿刺針進(jìn)入到達(dá)預(yù)先規(guī)劃的第一目標(biāo)出針點(diǎn)ip時(shí)，針尖位于初始平面a，隨后醫(yī)生手持穿刺針手柄尾端進(jìn)行繞手柄所在軸的自身旋轉(zhuǎn)，使得穿刺針?biāo)诘钠矫婧湍繕?biāo)出針點(diǎn)與手柄軸所構(gòu)成的平面重合，即針尖從初始平面a轉(zhuǎn)到目標(biāo)平面b后停止旋轉(zhuǎn)，這一繞自身軸旋轉(zhuǎn)所需的角度記為旋轉(zhuǎn)角γ；其特征在于包括以下步驟：

第一步，ct斷層掃描成像系統(tǒng)有自定義的坐標(biāo)系，記為sct，根據(jù)ct圖像dicom文件中的體素位置參數(shù)、體素大小參數(shù)、層距參數(shù)，獲得術(shù)前規(guī)劃的第一目標(biāo)出針點(diǎn)ip(xi，yi，zi)、第二目標(biāo)入針點(diǎn)tp(xt，yt，zt)以及虛擬穿刺路徑上的其他參考點(diǎn)坐標(biāo)信息；

第二步，初始平面a；在術(shù)前增強(qiáng)ct或者mr圖像上，取所述肝右靜脈匯入所述下腔靜脈的交點(diǎn)作為參考點(diǎn)rp(xr，yr，zr)，再在規(guī)劃的所述肝右靜脈內(nèi)穿刺路徑即中心線上任取兩點(diǎn)p1(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)，此兩點(diǎn)不與rp共線，三點(diǎn)即可得針尖所在的初始平面a，基于平面三點(diǎn)式方程：

可得初始平面a：aax+bay+caz+da＝0，其中，aa，ba，ca，da為方程系數(shù)，據(jù)此，可知初始平面單位法向量：

記為：

第三步，目標(biāo)平面b；當(dāng)穿刺按照規(guī)劃路徑進(jìn)行時(shí)，穿刺成功時(shí)穿刺針必過規(guī)劃的ip和tp兩點(diǎn)，以及穿刺路徑上的拐點(diǎn)rp(xr，yr，zr)，三點(diǎn)即可構(gòu)成穿刺平面，基于平面三點(diǎn)式方程：

可得目標(biāo)平面b：abx+bby+cbz+db＝0，其中，aa，ba，ca，da為方程系數(shù)，據(jù)此，可知目標(biāo)穿刺平面單位法向量：

記為：

第四步，二面角計(jì)算；旋轉(zhuǎn)穿刺針時(shí)整個(gè)穿刺針軸體從初始平面a轉(zhuǎn)到目標(biāo)平面b，則轉(zhuǎn)過的角度為手柄軸與平面a和平面b之間的二面角夾角由夾角余弦公式：

得旋轉(zhuǎn)角：

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為tips手術(shù)示意圖。

圖2為本發(fā)明的角度刻度盤示意圖裝置的示意圖。

圖3為本發(fā)明的角度計(jì)算方案流程圖。

圖4為本發(fā)明的術(shù)中旋轉(zhuǎn)操作角度示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本發(fā)明主要包括兩個(gè)方面：

一個(gè)是穿刺套件結(jié)構(gòu)改進(jìn)使得在術(shù)中操作時(shí)精確提示旋轉(zhuǎn)角度；另一個(gè)是配套地給出一種個(gè)性化的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算方法。

1)穿刺套件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

手術(shù)操作過程分析：

手術(shù)時(shí)，病人平躺，介入醫(yī)師從頸靜脈1入針，經(jīng)下腔靜脈2到達(dá)肝靜脈3，如圖1；由于肝右靜脈與門靜脈4之間普遍的相對位置關(guān)系為上-下，右-左，后-前的關(guān)系，即肝右靜脈位于醫(yī)生手的右下后方，門脈分支位于左上前方，則當(dāng)進(jìn)入肝右靜脈一定深度后，為保證穿刺針指向門靜脈分支，需對穿刺針前進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整，即手持穿刺針手柄尾端進(jìn)行繞手柄所在軸自身旋轉(zhuǎn)，使得穿刺針?biāo)诘钠矫婧湍繕?biāo)穿刺點(diǎn)與手柄軸所構(gòu)成的平面(目標(biāo)平面)重合。

穿刺套件改進(jìn)：

為了協(xié)助醫(yī)生操作，穿刺套件的穿刺針手柄尾端包含向位于控制臺中的處理器提供信號的位置傳感器。處理器可履行如下描述的若干處理功能，在穿刺套件中引入接觸力傳感器和位置傳感器，在穿刺套件外鞘的尾端外緣接一個(gè)角度提示刻度盤。由于旋轉(zhuǎn)時(shí)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，角度刻度盤設(shè)計(jì)如圖2：刻度盤中0刻度的方向與人體坐標(biāo)系的矢狀軸重合；角度增大的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向；中央的孔洞為留出孔，用于嵌套在穿刺套件的外鞘上。手術(shù)前建立好受檢部位的空間位置，并且根據(jù)接觸力傳感器的讀數(shù)來建立穿刺針遠(yuǎn)程前端前部和目標(biāo)出針點(diǎn)之間的期望的接觸力，通常情況不同的受檢部位的受力值不同，對于個(gè)性化手術(shù)導(dǎo)航而言，有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生提前會建立起力值和空間位置之間的關(guān)系作為輔助，手術(shù)時(shí)將帶刻度盤的外鞘固定，穿刺針及軟管嵌在外鞘內(nèi)進(jìn)出血管或旋轉(zhuǎn)操作，穿刺針尾端的箭頭留出在外鞘外，通過讀箭頭在刻度盤的指示和處理器給出的受力參數(shù)來實(shí)時(shí)讀取操作時(shí)的旋轉(zhuǎn)角。

2)個(gè)性化的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算

配套的角度計(jì)算方案流程圖如圖3：

角度計(jì)算過程主要包括三個(gè)處理步驟：

第一步，穿刺點(diǎn)勾畫。對病人在術(shù)前采集的ct或者mr圖像上進(jìn)行路徑規(guī)劃操作。主要包括，采用迭代閾值分割結(jié)合形態(tài)學(xué)操作進(jìn)行肝臟分割，在分割后的肝臟區(qū)域內(nèi)采用雙閾值法進(jìn)行肝靜脈及門靜脈血管的提取，然后采用面繪制方法進(jìn)行三維可視化，最后將可視化影像導(dǎo)入3dslicer由介入醫(yī)生基于肝靜脈與門靜脈空間解剖位置關(guān)系憑經(jīng)驗(yàn)選取穿刺點(diǎn)(肝靜脈出針點(diǎn)(initialpoint，ip)及門靜脈入針點(diǎn)(terminalpoint，tp))，從而構(gòu)筑虛擬穿刺路徑，完成路徑規(guī)劃。

第二步，建模分析。根據(jù)tips手術(shù)中穿刺套件在肝內(nèi)行進(jìn)的流程，可以將其抽象為如下模型：首先，穿刺針由頸靜脈1進(jìn)入血管內(nèi)，經(jīng)下腔靜脈2到達(dá)肝靜脈3，如圖1；當(dāng)進(jìn)入肝右靜脈到達(dá)預(yù)先規(guī)劃的目標(biāo)出針點(diǎn)ip時(shí)，醫(yī)生手持穿刺針手柄尾端進(jìn)行繞手柄所在軸的自身旋轉(zhuǎn)，使得穿刺針?biāo)诘钠矫婧湍繕?biāo)出針點(diǎn)與手柄軸所構(gòu)成的平面(目標(biāo)平面)重合，即針尖從初始平面a轉(zhuǎn)到目標(biāo)平面b后停止旋轉(zhuǎn)。這一繞自身軸旋轉(zhuǎn)所需的角度即為旋轉(zhuǎn)角γ，如圖4；旋轉(zhuǎn)到達(dá)目標(biāo)平面后，穿刺針繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)預(yù)先規(guī)劃的目標(biāo)入針點(diǎn)tp，即完成穿刺最關(guān)鍵的一步，再將導(dǎo)絲沿著針尖處切線延長線繼續(xù)前行引入門脈主干進(jìn)行后續(xù)的支架5植入。整個(gè)穿刺操作中旋轉(zhuǎn)操作所須的角度至關(guān)重要，只有合適的旋轉(zhuǎn)角才能保證穿刺針從ip出針后能夠?qū)χT靜脈上的tp點(diǎn)方向向前推進(jìn)后刺中門靜脈(分支)，否則不僅造成多次穿刺，增加肝臟出血風(fēng)險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致無法穿中門靜脈，手術(shù)失敗。

第三步，數(shù)值計(jì)算。在規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合病人肝右靜脈的解剖結(jié)構(gòu)，給出操作穿刺針時(shí)前進(jìn)方向角度即旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算方法，從而給出旋轉(zhuǎn)操作的定量依據(jù)。

ct斷層掃描成像系統(tǒng)有自定義的坐標(biāo)系，記為sct。根據(jù)ct圖像dicom文件中的參數(shù)(體素位置、體素大小、層距)，可確定某個(gè)體素在sct中的坐標(biāo)?；诖俗鴺?biāo)系，可獲得術(shù)前規(guī)劃的穿刺點(diǎn)ip(xi，yi，zi)、tp(xt，yt，zt)以及虛擬穿刺路徑上的其他參考點(diǎn)坐標(biāo)信息。

初始平面a

在術(shù)前增強(qiáng)ct或者mr圖像上，取肝右靜脈匯入下腔靜脈的交點(diǎn)作為參考點(diǎn)rp(xr，yr，zr)，再在規(guī)劃的肝右靜脈內(nèi)穿刺路徑即中心線上任取兩點(diǎn)p1(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)(此兩點(diǎn)不與rp共線)，三點(diǎn)即可得針尖所在的初始平面a?；谄矫嫒c(diǎn)式方程：

可得初始平面a：aax+bay+caz+da＝0，其中，aa，ba，ca，da為方程系數(shù)。據(jù)此，可知初始平面單位法向量：

記為：

目標(biāo)平面b

當(dāng)穿刺按照規(guī)劃路徑進(jìn)行時(shí)，穿刺成功時(shí)穿刺針必過規(guī)劃的ip和tp兩點(diǎn)，以及穿刺路徑上的拐點(diǎn)rp(xr，yr，zr)，三點(diǎn)即可構(gòu)成穿刺平面，基于平面三點(diǎn)式方程：

可得目標(biāo)平面b：abx+bby+cbz+db＝0，其中，ab，bb，cb，db為方程系數(shù)。據(jù)此，可知目標(biāo)穿刺平面單位法向量：

記為：

二面角計(jì)算

旋轉(zhuǎn)穿刺針時(shí)整個(gè)穿刺針軸體1從初始平面a轉(zhuǎn)到目標(biāo)平面b，則轉(zhuǎn)過的角度為手柄軸與平面a和平面b之間的二面角夾角由夾角余弦公式：

得旋轉(zhuǎn)角：

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。