[發明專利]一種基于混合現實的顱內穿刺定位方法

在審

• 申請號: 201810331023.9
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108294814A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 李曄;張文耀;王寧;李大偉
• 申請（專利權）人: 首都醫科大學宣武醫院;北京理工大學
• 主分類號: A61B17/34
• 分類號: A61B17/34;A61B34/10;A61B34/20
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明涉及一種基于混合現實的顱內穿刺定位方法，屬于神經影像導航領域。該方法首先采集帶有標記物的患者CT掃描數據，然后根據CT數據建立患者頭部以及顱內病灶的三維模型；在三維模型的基礎上確定穿刺靶點、穿刺方向和穿刺深度，建立顱內穿刺路徑；最后通過剛性配準，將頭部三維模型和穿刺路徑，通過混合現實技術疊加到患者手術部位，手術醫生在虛擬三維模型的指導下實施穿刺手術，根據穿刺路徑實時矯正穿刺操作。由于虛擬三維模型與實際場景完全吻合，虛擬的穿刺路徑與實際情況高度匹配，因此沿虛擬穿刺路徑實施的穿刺操作有效避免了傳統經驗性操作中存在偏差或失誤，可以達到提高顱內穿刺精度和穿刺效率的目的。

技術領域

本發明涉及一種顱內穿刺定位方法，特別涉及一種基于混合現實的顱內穿 刺定位方法，屬于外科手術中的神經影像導航領域。

背景技術

顱內穿刺是神經外科領域常見的手術之一。對于顱內血腫、急性腦積水和 腦膿腫等患者，顱內穿刺能夠迅速降低顱內高壓，對于動脈瘤性蛛網膜下腔出 血患者還可以起到引流血性腦脊液的目的，是挽救患者生命并改善臨床癥狀的 有效方法。但是該方法常常面臨靶點位置深、需要憑術者經驗進行定位的問題。 一旦穿刺位置不準，特別是深遠部位的病灶，反復穿刺將會增加腦損傷的可能 性(李煒,江榮才,佟建洲等.利用頭顱CT重建穿刺平面在腦室穿刺中的指導作 用.中華神經外科雜志,2017,(12):1278-1279.)。因此，手術醫生在術前選 擇穿刺入口以及穿刺的深度和角度，并精確到達計劃中的顱內靶點，對患者的 有效治療至關重要。

然而，由于頭部缺乏表面解剖標志；手術時鋪無菌巾后，頭部僅有的解剖 標志更是全部被遮擋，因此依據傳統的二維影像進行精確定位是比較困難的。 在這種情況下，臨床醫生主要依靠經驗完成定位穿刺。但是臨床研究證實，臨 床醫生通過經驗性定位完成穿刺后經常會高估自己穿刺的準確性(Toma AK, Camp S,Watkins LD,et al.Externalventricular drain insertion accuracy: is there a need for change inpractice.Neurosurgery,2009,65(6): 1197-1200.Wilson TJ,Jr SW,Al-Holou WN,etal.Comparison of the accuracy of ventricular catheter placement usingfreehand placement, ultrasonic guidance,and stereotacticneuronavigation.Journal of Neurosurgery,2013,119(1):66-70.)。如果手術時操作難以到達理想位置， 則需要多次調整穿刺導管或者多次手術以達到滿意的效果。這不僅會對已經損 傷的腦組織造成新的傷害，還可能增加出血或感染的風險。

針對上述問題，目前的解決方案主要有兩種。一是依據影像學測量腦組織 溝回的投影以及顱骨的骨性標志，依據這些信息進行定位。這種定位方法依然 存在精度不高的問題，不太適合微創和精準醫學的要求。二是借助有框架的立 體定向或無框架的導航技術進行定位。這種定位方法精度高，特別適合腦深部 的微小病灶；但是相關設備和系統非常昂貴，對大腦凸面或體積較大的病灶， 還存在術前影像準備比較費時、操作比較復雜的問題，不太適合某些需要在床 旁進行緊急治療的情況。

混合現實技術(Mixed Reality，MR)是一種新型的虛擬現實技術。該技術 通過全息投影，將三維虛擬場景信息與現實場景混合在一起，在現實世界、虛 擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的回路，讓用戶同時保持與真實世界和虛 擬世界的聯系，并根據自身的需要及所處情境進行交互操作。在這種環境下， 用戶擁有很強的真實感體驗。