CN108836442A - 一种肺部结节一体化扫描定位方法及定位设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺部结节一体化扫描定位方法及定位设备，该定位方法包括以下步骤：(1)获取患者CT信息；(2)根据结节位置决定患者体位，通过信息处理系统对患者CT信息进行比对注册；(3)根据患者CT信息，并重建患者胸廓三维模型，设计穿刺径路及穿刺位置；(4)在患者胸廓表面确定穿刺定位点；(5)按照设计的穿刺径路制备穿刺引导通道模型；(6)在患者胸廓表面沿引导通道进行穿刺定位。采用本发明提供的肺部结节一体化扫描定位方法，将医学成像学、工程学、3D打印等技术相结合，并设计出了相应定位设备，在进行结节定位时可明显简化肺结节定位操作难度，方便临床工作的开展，同时避免患者接受额外CT辐射。

Description

一种肺部结节一体化扫描定位方法及定位设备

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，尤其涉及一种肺部结节一体化扫描定位方法及定位设备。

背景技术

目前伴随高分辨CT在肺癌普查中的广泛应用，肺癌疾病谱发生明显改变，其中早期肺癌患者在临床中越来越多；尤其是以磨玻璃样变(GGO)成分为主的肺结节患者，在临床工作中所占比重逐年增多，因此，对于合并GGO的肺结节的处理，成为胸外科的近年的热点研究领域。

从临床角度来讲，尽管由于诊断水平的进步以及肺癌筛查的普及，使更多早期的小结节病变被发现；但对于这些早期肺癌患者的手术处理，却给胸外科带来了新的挑战。筛查发现的肺结节病变体积较小，又常位于肺实质内部，这就给术中如何定位病变结节造成了困扰。尤其是，当结节合并GGO成分时，依靠传统手指触摸的方法定位病变结节，几乎是不可能的事情。文献报道(TamuraM,Oda M,Fujimori H,Shimizu Y,Matsumoto I,WatanabeG.New indication for preoperative marking ofsmall peripheral pulmonarynodules in thoracoscopic surgery.Interactive CardioVascular and ThoracicSurgery,2010,11:590-593)，当肺内结节病灶直径小于10mm且距胸膜>10mm时，100％病灶结节无法在胸腔镜手术中定位；当肺内结节病灶直径小于10mm且距胸膜>5mm是，63％病灶结节无法在胸腔镜手术中定位。由此导致，患者病灶结节无法定位，是中转开胸手术的重要原因。

为解决这一问题，目前设计了各种方法对肺部结节病变进行辅助定位，包括术前经皮置入标志物如hook-wire，coil(弹簧圈)或经皮注射染色剂、对比剂、放射剂，以及支气管镜磁导航(Bolton WD,Howe H,3rd,Stephenson JE.The utility of electromagneticnavigational bronchoscopy as a localization tool for robotic resection ofsmall pulmonary nodules.Ann Thorac Surg,2014,98:471-475；discussion 475-476)。其中，以hook-wire操作简便、不需要额外设备，在临床应用最多。但是，由于经皮肺穿刺操作全程需在CT监视下完成整个定位操作，这在一方面增加了患者CT辐射剂量，也增加了患者操作复杂程度以及对CT室的依赖，在一定程度使临床工作变得复杂。

发明内容

本发明所解决的技术问题是针对现有技术中的上述缺陷，提出的一种肺部结节一体化扫描定位方法及定位设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种肺部结节一体化扫描定位的方法，包括以下步骤：

(1)获取患者CT信息；

(2)根据靶灶位置决定患者体位(平卧位\侧卧位)，根据患者的实际位置，通过信息处理系统对患者CT信息进行比对注册；

(3)采用所述信息处理系统扫描患者CT信息，并重建患者胸廓三维模型，以及在所述患者胸廓三维模型上设计用于穿刺定位的穿刺径路及穿刺位置；

(4)在患者胸廓表面确定穿刺定位点，使所述穿刺定位点在患者胸廓表面的位置与步骤(3)中设计的穿刺位置一致；

(5)按照步骤(3)中设计的穿刺径路制备穿刺引导通道模型，确定穿刺定位的穿刺角度；

(6)在患者胸廓表面的穿刺定位点位置上放置步骤(5)制备的穿刺引导通道，沿所述引导通道进行穿刺定位，完成肺结节定位。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位方法中，步骤(2)中所述比对注册包括：如吻合度较高，则CT信息注册成功；如自动注册失败，则按照表面解剖标志(胸骨上窝；剑突；前正中线)，进行人工注册。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位方法中，步骤(4)中所述穿刺定位点的确定方法为：在患者胸廓表面预设定位点设置一电磁信号发射器，其所发射的电磁信号被所述信息处理系统内的电磁信号接收器接收，并在所述患者胸廓三维模型上生成相应的预设定位点，移动所述电磁信号发射器使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点与所述患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致，此时患者胸廓表面上电磁信号发射器的位置即为穿刺定位点。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位方法中，步骤(5)中所述穿刺引导通道采用3D打印而成。

本发明的第二个方面是提供一种用于所述扫描定位方法的肺部结节一体化扫描定位设备，包括：

一具有3D数据信息扫描、分析、重建、比对的数据处理系统；

一用于对患者胸廓三维模型上设计的穿刺径路进行3D打印的3D打印组件，3D打印穿刺引导通道模型；

一可自由移动的电磁信号发射器；和

若干个与所述电磁信号发射器配套的电磁信号接收器，用于接收所述电磁信号发射器发射的电磁信号，以确定患者胸廓表面穿刺定位点的位置；以及

一可自由移动的穿刺设备，用于沿所述穿刺引导通道模型对患者肺结节进行穿刺定位。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位设备中，所述3D打印组件和若干所述电磁信号接收器分别与所述数据处理系统电连接。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位设备中，还包括与所述数据处理系统电连接的指示灯，当移动所述电磁信号发射器使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点与所述患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致时，所述指示灯亮起，提示此时患者胸廓表面上电磁信号发射器的位置即为穿刺定位点位置。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位设备中，所述穿刺引导通道模型的3D打印材料选自ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯醇、尼龙中的一种或几种。

进一步地，在所述的肺部结节一体化扫描定位设备中，所述穿刺设备为穿刺针。

本发明的第三个方面是提供一种所述肺部结节一体化扫描定位设备的操作方法，包括如下步骤：

(1)将患者CT信息导入所述定位设备的数据处理系统中；

(2)患者平卧于定位设备的检查床上，根据患者平卧的实际位置，通过所述信息处理系统对已导入的患者CT信息进行自动比对；

(3)通过所述信息处理系统并对患者CT信息进行患者胸廓三维模型，并在所述患者胸廓三维模型上设计用于定位针穿刺的穿刺径路及穿刺位置；

(4)将与所述电磁信号接收器无线连接的电磁信号发射器置于患者胸廓表面，移动所述电磁信号发射器，使所述电磁信号发射器在患者胸廓表面的位置与上述步骤(3)中设计的穿刺位置一致；

(5)采用3D打印组件，按照步骤(3)中设计的定位针穿刺径路，3D打印穿刺引导通道模型，确定穿刺针的穿刺角度；

(6)在步骤(4)确定的定位器位置上放置步骤(5)所打印的引导通道，沿所述引导通道进行定位穿刺，完成肺结节定位操作。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供的肺部结节一体化扫描定位方法，可更好的配合对于早期肺癌的外科治疗；而且本发明定位方法将医学成像学、工程学、3D打印等技术相结合，开创了一种新的肺部结节定位思路，并设计出了相应定位设备；运用本发明定位方法进行结节定位，可明显简化肺结节定位操作难度，方便临床工作的开展，同时避免患者接受额外CT辐射；另外，本发明定位设备也能为肺部病灶活检提供一种新的思路，具有广阔的临床应用前景。

附图说明

图1为本发明一种肺部结节一体化扫描定位方法中确定穿刺定位点的原理示意图；

图2为本发明一种肺部结节一体化扫描定位设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

本实施例提供一种肺部结节一体化扫描定位方法，包括以下步骤：(1)获取患者入院时CT资料，以DICOM格式刻录至光盘，这是患者肺部结节病灶空间位置的最原始信息，是后续进行CT信息分析的基础；(2)如图1所示，患者平卧于定位设备的检查床，根据患者平卧或侧卧位的实际位置，然后获取患者胸部表面解剖标准位置信息；通过信息处理系统，与获取的CT数据信息进行比对，完成CT信息的注册。该信息处理系统，可支持3D信息处理，通过对患者CT数据信息进行三维重建；(3)采用所述信息处理系统扫描患者CT信息，并重建患者胸廓三维模型，以及结合临床要求，在所述患者胸廓三维模型上设计用于穿刺定位的穿刺径路及穿刺位置；(4)在患者胸廓表面确定穿刺定位点，使所述穿刺定位点在患者胸廓表面的位置与步骤(3)中设计的穿刺位置一致；(5)按照步骤(3)中设计的穿刺径路采用3D打印技术打印穿刺引导通道模型，确定穿刺定位的穿刺角度；(6)在患者胸廓表面的穿刺定位点位置上放置步骤(5)制备的穿刺引导通道，沿所述引导通道进行穿刺定位，完成肺结节定位。

在本实施例的肺部结节一体化扫描定位方法中，步骤(2)中所述比对注册包括：如吻合度较高，则信息处理系统中CT信息注册成功；如自动注册失败，信息处理系统自动切换至人工注册，操作人员则按照表面解剖标志(如，胸骨上窝；剑突；前正中线)，进行人工注册。

此外，继续参阅图1所示，在本实施例的肺部结节一体化扫描定位方法中，步骤(4)中所述穿刺定位点的确定方法为：在患者胸廓表面预设定位点设置一电磁信号发射器20，其所发射的电磁信号被所述信息处理系统内的若干个电磁信号接收器30接收，并在所述患者胸廓三维模型上生成相应的预设定位点，移动所述电磁信号发射器20使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点与所述患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致，此时患者胸廓表面上电磁信号发射器20的位置即为穿刺定位点。

实施例2

本实施例提供一种用于所述扫描定位方法的肺部结节一体化扫描定位设备10，如图2所示，包括：一具有3D数据信息扫描、分析、重建、比对的数据处理系统，该数据处理系统设置于一体化扫描定位设备10内，可支持3D信息处理；通过对患者CT数据信息进行三维重建；一用于对患者胸廓三维模型上设计的穿刺径路进行3D打印的3D打印组件，用于3D打印穿刺引导通道模型50；一可自由移动的电磁信号发射器20；和若干个与所述电磁信号发射器配套的电磁信号接收器30，用于接收所述电磁信号发射器20发射的电磁信号，以确定患者胸廓表面穿刺定位点的位置；以及一可自由移动的穿刺设备，用于沿所述穿刺引导通道模型50对患者肺结节进行穿刺定位。所述3D打印组件和若干所述电磁信号接收器分别与所述数据处理系统电连接。

优选地，本实施的肺部结节一体化扫描定位设备还包括与所述数据处理系统电连接的指示灯40，指示灯40为4个分别装设在该一体化扫描定位设备10的四角位置，移动所述电磁信号发射器20使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点同步移动，分析预设定位点的位置，将预设定位点的位置与患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致，此时一体化扫描定位设备10四角位置的所述指示灯亮40起，提示此时患者胸廓表面上电磁信号发射器的位置即为穿刺定位点位置，穿刺定位点位置的位置正确。

本实施肺部结节一体化扫描定位设备通过上的若干个电磁信号接收器30，可接受电磁信号发射器20发射的电磁信号，以类似GPS系统定位功能，对信号源电磁信号发射器20的空间位置进行分析。

此外，在该实施例的肺部结节一体化扫描定位设备中，所述穿刺引导通道模型的3D打印材料选自ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯醇、尼龙中的一种或几种，优选为聚乙烯醇材料。所述穿刺设备为与该一体化扫描定位设备配套的穿刺针，可于空间内自由移动，用于在确定穿刺定位点位置后，在患者胸廓表面标记该穿刺定位点，并穿过特定3D的穿刺引导通道模型以一定角度完成肺结节经皮穿刺定位。

实施例3

本实施例提供一种所述肺部结节一体化扫描定位设备的操作方法，具体包括如下步骤：(1)将患者CT信息导入所述定位设备的数据处理系统中；(2)患者平卧于定位设备的检查床上，根据患者平卧的实际位置，通过所述信息处理系统对已导入的患者CT信息进行自动比对；(3)通过所述信息处理系统并对患者CT信息进行患者胸廓三维模型，并在所述患者胸廓三维模型上设计用于定位针穿刺的穿刺径路及穿刺位置；(4)将与所述电磁信号接收器无线连接的电磁信号发射器置于患者胸廓表面，移动所述电磁信号发射器，使所述电磁信号发射器在患者胸廓表面的位置与上述步骤(3)中设计的穿刺位置一致；(5)采用3D打印组件，按照步骤(3)中设计的定位针穿刺径路，3D打印穿刺引导通道模型，确定穿刺针的穿刺角度；(6)在步骤(4)确定的定位器位置上放置步骤(5)所打印的引导通道，沿所述引导通道进行定位穿刺，完成肺结节定位操作。

实施例4

本实施提供一应用实施例，患者XX因左肺上叶结节入院，CT检查提示结节直径1.5cm，混合密度，高度怀疑肺浸润性腺癌，择期行胸腔肺切除术；因结节体积较小，位置深在，术前需行经皮穿刺定位。具体包括如下步骤：

(1)患者主刀医师根据入院CT影像数据，设计定位针穿刺路径和穿刺位置；

(2)将患者的CT影像数据及穿刺针设计路径导入定位设备的信息处理系统中；

(3)患者平卧于该设备检查床，通过信息处理系统进行CT信息注册；

(4)完成注册后，在患者胸廓表面移动电磁信号发射器20，待设备指示灯40亮起，提示电磁信号发射器20的位置与设计穿刺位置吻合，此时电磁信号发射器20的位置即为穿刺定位点；

(5)启动设备3D打印组件，按照设计路径的穿刺针角度即时打印穿刺引导通道模型50；

(6)在上述步骤(4)确定的穿刺定位点上放置打印完成的穿刺引导通道模型50，嘱患者保持固定体位，采用穿刺针完成肺结节经皮穿刺定位。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种肺部结节一体化扫描定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取患者CT信息；

(2)根据结节位置决定患者体位(平卧位/侧卧位)，通过信息处理系统对患者CT信息进行比对注册；

(3)采用所述信息处理系统扫描患者CT信息，并重建患者胸廓三维模型，以及在所述患者胸廓三维模型上设计用于穿刺定位的穿刺径路及穿刺位置；

(4)在患者胸廓表面确定穿刺定位点，使所述穿刺定位点在患者胸廓表面的位置与步骤(3)中设计的穿刺位置一致；

(5)按照步骤(3)中设计的穿刺径路制备穿刺引导通道模型，确定穿刺定位的穿刺角度；

(6)在患者胸廓表面的穿刺定位点位置上放置步骤(5)制备的穿刺引导通道，沿所述引导通道进行穿刺定位，完成肺结节定位。

2.根据且权利要求1所述的肺部结节一体化扫描定位方法，其特征在于，步骤(2)中所述比对注册包括：如吻合度较高，则CT信息注册成功；如自动注册失败，则按照表面解剖标志，进行人工注册。

3.根据且权利要求1所述的肺部结节一体化扫描定位方法，其特征在于，步骤(4)中所述穿刺定位点的确定方法为：在患者胸廓表面预设定位点设置一电磁信号发射器，其所发射的电磁信号被所述信息处理系统内的电磁信号接收器接收，并在所述患者胸廓三维模型上生成相应的预设定位点，移动所述电磁信号发射器使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点与所述患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致，此时患者胸廓表面上电磁信号发射器的位置即为穿刺定位点。

4.根据且权利要求1所述的肺部结节一体化扫描定位方法，其特征在于，步骤(5)中所述穿刺引导通道采用3D打印而成。

5.一种用于权利要求1-4任一项所述扫描定位方法的肺部结节一体化扫描定位设备，其特征在于，包括：

一具有3D数据信息扫描、分析、重建、比对的数据处理系统；

一用于对患者胸廓三维模型上设计的穿刺径路进行3D打印的3D打印组件，3D打印穿刺引导通道模型；

一可自由移动的电磁信号发射器；和

若干与所述电磁信号发射器配套的电磁信号接收器，用于接收所述电磁信号发射器发射的电磁信号，以确定患者胸廓表面穿刺定位点的位置；以及

一可自由移动的穿刺设备，用于沿所述穿刺引导通道模型对患者肺结节进行穿刺定位。

6.根据且权利要求5所述的肺部结节一体化扫描定位设备，其特征在于，所述3D打印组件和若干所述电磁信号接收器分别与所述数据处理系统电连接。

7.根据且权利要求5所述的肺部结节一体化扫描定位设备，其特征在于，还包括与所述数据处理系统电连接的指示灯，当移动所述电磁信号发射器使所述患者胸廓三维模型上的预设定位点与所述患者胸廓三维模型上设计的穿刺位置一致时，所述指示灯亮起，提示此时患者胸廓表面上电磁信号发射器的位置即为穿刺定位点位置。

8.根据且权利要求5所述的肺部结节一体化扫描定位设备，其特征在于，所述穿刺引导通道模型的3D打印材料选自ABS树脂、聚乳酸、聚乙烯醇、尼龙中的一种或几种。

9.根据且权利要求5所述的肺部结节一体化扫描定位设备，其特征在于，所述穿刺设备为穿刺针。

10.一种如权利要求5-9任一项所述肺部结节一体化扫描定位设备的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将患者CT信息导入所述定位设备的数据处理系统中；

(2)患者平卧于定位设备的检查床上，根据患者平卧的实际位置，通过所述信息处理系统对已导入的患者CT信息进行自动比对；

(3)通过所述信息处理系统并对患者CT信息进行患者胸廓三维模型，并在所述患者胸廓三维模型上设计用于定位针穿刺的穿刺径路及穿刺位置；

(4)将与所述电磁信号接收器无线连接的电磁信号发射器置于患者胸廓表面，移动所述电磁信号发射器，使所述电磁信号发射器在患者胸廓表面的位置与上述步骤(3)中设计的穿刺位置一致；

(5)采用3D打印组件，按照步骤(3)中设计的定位针穿刺径路，3D打印穿刺引导通道模型，确定穿刺针的穿刺角度；

(6)在步骤(4)确定的定位器位置上放置步骤(5)所打印的引导通道，沿所述引导通道进行定位穿刺，完成肺结节定位操作。