[发明专利]一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型及判定方法，属于医疗穿刺介入技术领域。

背景技术

穿刺介入手术是一种典型的微创手术，因创伤小、患者痛苦小及恢复快等优点受到广泛应用。穿刺介入手术成功的关键是穿刺针具有较高的靶点定位精度。高靶点定位精度能降低穿刺次数，并能最大程度的提高治疗效果，降低手术副作用。本着穿刺路径最短的原则，医师会在穿刺介入手术实施前规划出一条最佳的直线穿刺路径，利用手动方式或借助微创手术机器人将穿刺针针尖植入目标靶点。然而软组织为非均质、各向异性材料，穿刺针进入软组织后会因受力不均而产生横向偏斜，使针尖偏离靶点，进而影响治疗效果。

为提高穿刺介入手术的靶点定位精度，许多学者利用离体动物软组织，如肝脏、肾脏等对穿刺针的结构形态和进针策略等展开了一系列的优化实验，以期最大程度的降低穿刺针的横向偏斜。然而动物软组织为不可视材料，穿刺针进入软组织后其偏斜状态无法直接观察，因而无法便捷判定实验的优化效果，从而影响穿刺参数的确定。CT、超声或C臂机等医学影像设备虽然能得到软组织内穿刺针的偏斜状态，但此类设备因价格昂贵、操作复杂、占用空间大等问题，无法大量应用在实验室研究当中。超声设备与软组织的接触还会引起软组织正常形态的改变，因而干扰靶点定位误差的准确判定。此外，影像设备mm级别的分辨率亦无法判定穿刺针1mm之内的偏斜状态。

另外一些学者尝试使用类生物明胶进行穿刺过程的模拟研究，对明胶内设置的目标靶点进行针尖定位实验，以优化穿刺针的结构形态和进针策略。明胶模拟实验过程中，穿刺对象的可视化问题虽然得到了有效解决，但明胶与动物软组织的材料力学性能相差较大。穿刺明胶的模拟研究中所得穿刺针的结构参数和进针策略并不能完全适用于动物软组织的穿刺过程，大大降低了优化实验的作用，也降低了动物实验对临床治疗的指导效果。此外，面向不同动物软组织的穿刺过程，如肝脏、肾脏、前列腺等，往往需要花费大量的时间和精力去配置具有相近材料力学性能的明胶模型，严重影响实验进展。

因此，寻找一种既能保证动物软组织穿刺过程的真实性又能准确判定软组织内穿刺针偏斜状态的方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型。

本发明还提供一种利用上述判定模型进行穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定方法。

本发明的技术方案如下：

一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定模型，包括动物软组织、明胶、透明方盒及盒盖，所述盒盖上设置有多个整齐排列的阵列孔；所述明胶置于透明方盒内，所述盒盖设置在透明方盒上端，所述动物软组织置于盒盖上。

优选的，所述阵列孔的孔径为5～8mm。

优选的，所述透明方盒的横向面积大于待穿刺动物软组织的横截面积。

优选的，所述透明方盒的材质为塑料或玻璃。

一种穿刺针植入动物软组织后靶点定位精度的判定方法，包括以下步骤：

(1)将配置好的明胶装满在透明方盒中，然后将加工有整齐阵列孔的盒盖盖在透明方盒上端，得到无动物软组织的空载模型，将空载模型放置在试验台上，以备后用；

(2)对夹持在现有穿刺装置主轴头上的穿刺针涂覆标记颜料，并将穿刺针置于空载模型上方；

(3)启动穿刺装置向下进给穿刺针，对空载模型进行穿刺，穿刺针穿过盒盖上某个阵列孔的中心对透明方盒中的明胶进行穿刺；待穿刺完成后，回退穿刺针，标记颜料便记录下穿刺针在明胶内的穿刺起点和穿刺路径；

(4)将事先制备好的动物软组织置于盒盖上，并使目标靶点位于穿刺起点的正上方或与穿刺起点重合，得到复合模型；以穿刺装置导向器下端出口为坐标原点，建立三维直角坐标，其中，以颜料标记的空载穿刺路径为Z轴，与透明方盒侧壁相互垂直的两条直线为X轴、Y轴；

(5)以与步骤(3)穿刺过程相同的参数再次启动穿刺装置，穿刺装置向下进给穿刺针，对复合模型进行穿刺；同时利用垂直布置在X轴、Y轴方向上的相机采集明胶内穿刺针的偏斜状态和颜料标记的空载穿刺路径，并测量照片中穿刺针上多个点的X轴、Y轴方向上的偏斜量，根据比例关系，得到明胶内多个点在X轴、Y轴方向上的实际偏斜量；

(6)根据步骤(5)中得到明胶内多个点在X轴、Y轴方向上的实际偏斜量，拟合穿刺针在X轴、Y轴方向上的偏斜函数X(Z)和Y(Z)，根据勾股定理，得到穿刺针的空间偏斜函数；