[发明专利]一种人体组织空腔建模装置及方法

说明书

本发明公开了一种人体组织空腔建模装置及建模方法，包括填充棒、连接软气管、控制主机、气泵和电磁阀；填充棒包括顶部凹形气囊、环形气囊和多分道气管，多分道气管依次连通连接软气管和气泵，由控制主机控制所述电磁阀开启和关闭对填充棒各气囊进行独立充气。通过体外实验构建充气体积和气囊直径函数，测量患者阴道不同位置的宽度，基于直插针模型建模，确定各气囊最优充气体积，在体内完成充气后，患者带填充棒行CT扫描，根据气体和组织不同CT值，自动分割填充棒建模。本发明能够根据个体化阴道宽度 “完美填充”阴道和穹隆，克服传统穹隆填充不足，减少正常组织插针距离，提高插针的安全性、舒适性、剂量精度、减少痛苦和出血感染风险。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种人体组织空腔建模装置及方法。

背景技术

在人体解剖结构中存在很多复杂的组织空腔，如外耳道、鼻咽腔、口腔、女性生殖系统等。组织空腔的高精度建模对临床具有重要的应用价值，如手术路径规划、手术方案模拟、近距离放射治疗插针模体设计等。以近距离放射治疗为例，由于部分宫颈癌患者肿瘤残端位置和形状特异性，传统的剂量学系统，无法满足剂量分布要求。为实现个性化最优剂量学分布，现阶段有研究者利用3D打印技术制作插植模体，极大程度上改善了剂量分布。插植模体其制作过程最为重要的一步是对患者阴道的建模。现阶段的方法是预先在患者阴道内塞入填充物，如纱布、固定直径的圆柱形阴道筒等，然后行CT或MRI扫描，分割出填充物（纱布或圆柱筒）来构建模型，最后行3D打印。

有研究表明，现阶段基于纱布、圆柱等填充物，并没有考虑阴道组织内壁的弹性和体积，填充的体积和位置基于人为经验手工判断，容易出现5种问题：1）对阴道填充不足（纱布），对穹窿部位缺少填充（圆柱筒），致使模型与阴道和穹窿内壁之间存在组织间隙，将导致肿瘤欠量和影响剂量计算的准确性；2）由于部分宫颈癌患者肿瘤位置偏离宫颈口一侧且较远，宫颈和阴道填充不足，会导致插针经过的正常组织（如阴道内壁）增多，增加患者痛苦和出血感染风险；3）由于阴道毗邻膀胱和直肠，填充不足还会导致无法将膀胱和直肠撑开远离插针通道，增加插针插破膀胱和直肠的风险；4）填充过多，导致模型内大外小，由于阴道入口内壁弹性有限，在治疗实施时给患者造成不适；5）由于纱布等填充物，与软组织密度相当，在CT图像上难以与阴道内壁分辨，造成建模不准确，影响模型精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种人体组织空腔建模装置及方法，能够根据阴道内壁的弹性来自适应填充气体的体积，能够与穹窿部分完美贴合，基于直插针模型，能减少穿过的正常组织距离，保证“完美填充”的同时，提高插植安全性、精度、减少痛苦和增加舒适性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种人体组织空腔建模装置，包括填充棒、连接软气管、控制主机、气泵和电磁阀；所述填充棒包括顶部凹形气囊、环形气囊和多分道气管，所述凹形气囊分布于填充棒顶端用来适应穹窿的形状；所述环形气囊分布于填充棒的中间和尾部，用来填充阴道，所述多分道气管依次连通连接软气管和气泵 ，由所述控制主机控制所述电磁阀开启和关闭对填充棒各气囊进行独立充气。

更进一步，所述多分道气管是一种圆柱形可弯曲管道，成“T”字形，中空分成多个独立的气道，中间有一空腔，各分气道的不同位置开气口，“T”的顶部气道给凹形气囊充放气，其他气道依次给后续的环形气囊充放气，气囊与气囊之间的充放气通过独立的多分道气管相互独立。

更进一步，所述凹形气囊和环形气囊连接处以及多个环形气囊连接处的的壁均为厚壁，凹形气囊的凹位置为薄壁，环形气囊的侧面均为薄壁，便于与穹窿和阴道内壁进行充气贴合，填充棒整个外壁全部由一层薄壁气囊包裹。

更进一步，所述气道接口处布置有多个独立的气体流量监测装置，监测每个气道内的充气气体体积。

更进一步，所述控制主机获取每个气囊的充气体积，并实时显示在主机的显示面板上。