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CN119732737B - 手术计划设备及方法、医疗系统、存储介质 - Google Patents

手术计划设备及方法、医疗系统、存储介质

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CN119732737B
CN119732737B CN202311243526.8A CN202311243526A CN119732737B CN 119732737 B CN119732737 B CN 119732737B CN 202311243526 A CN202311243526 A CN 202311243526A CN 119732737 B CN119732737 B CN 119732737B
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CN
China
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skull
point
patient
implantation
preselected
Prior art date
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CN202311243526.8A
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English (en)
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CN119732737A (zh
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常月妍
田野
魏天翼
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Jingyu Medical Technology Suzhou Co ltd
Original Assignee
Jingyu Medical Technology Suzhou Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of CN119732737B publication Critical patent/CN119732737B/zh
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Abstract

本申请提供了手术计划设备、手术计划方法、医疗系统及计算机可读存储介质,用于将医疗设备植入患者的头部,所述手术计划设备包括存储器和至少一个处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时实现以下步骤:获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。本申请利用患者个体的颅骨厚度分布情况,快速、准确选择植入点,提高治疗的精确性和效率。

Description

手术计划设备及方法、医疗系统、存储介质
技术领域
本申请涉及手术计划、脑深部电刺激的技术领域,尤其涉及手术计划设备、手术计划方法、医疗系统及计算机可读存储介质。
背景技术
在某些疾病治疗手术方案中,需要将医疗设备植入患者头部。然而,为了降低手术风险,考虑到医疗设备体积对头皮张力和缝合后美观效果的影响,需要在术前规划植入位置。
传统的方法是基于术前影像数据和医生经验,选择大致范围进行颅骨切除或磨骨槽,并植入医疗设备。然而,这种选择方法耗时较长。
基于此,本申请提供了手术计划设备、手术计划方法、医疗系统及计算机可读存储介质,以改进相关技术。
发明内容
本申请的目的在于提供手术计划设备、手术计划方法、医疗系统及计算机可读存储介质,利用患者个体的颅骨厚度分布情况,快速、准确选择植入点,提高治疗的精确性和效率。
本申请的目的采用以下技术方案实现:
第一方面,本申请提供了一种手术计划设备,用于将医疗设备植入患者的头部,所述手术计划设备包括存储器和至少一个处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时实现以下步骤:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式确定所述医疗设备:
根据所述颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型,以确定其中一个型号的备选医疗设备作为所述医疗设备。
在一些可能的实现方式中,所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式。
在一些可能的实现方式中,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个待测点放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;
根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
规划得到电极导线的规划植入路径。
第二方面,本申请提供了一种手术计划方法,用于将医疗设备植入患者的头部,所述方法包括:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述医疗设备的确定过程包括:
根据所述颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型,以确定其中一个型号的备选医疗设备作为所述医疗设备。
在一些可能的实现方式中,所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式。
在一些可能的实现方式中,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
所述根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点,包括:
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个待测点放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点,包括:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些可能的实现方式中,所述获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,包括:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,包括:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;
根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
所述根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度,包括:
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
所述方法还包括:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
所述根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度,包括:
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些可能的实现方式中,所述方法还包括:
规划得到电极导线的规划植入路径。
第三方面,本申请提供了一种医疗系统,所述医疗系统包括:
手术计划设备,用于规划得到电极导线的规划植入路径,并采用上述方法获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
手术机器人,用于根据所述规划植入路径,将所述电极导线植入所述患者的头部;
手术导航设备,用于对所述电极导线的植入过程进行路径导航,以使所述电极导线的实际植入路径与所述规划植入路径相匹配。
在一些可能的实现方式中,所述医疗系统还包括:
电生理采集设备,用于在植入过程中采集所述患者的电生理数据;
所述手术计划设备还用于根据所述患者的电生理数据判断是否需要更新所述规划植入路径;如果需要更新,则对所述患者的规划植入路径进行更新。
在一些可能的实现方式中,所述医疗系统还包括:
医疗设备,用于植入于所述患者的头部,采集所述患者的电生理数据并发送至所述电生理采集设备,以及向所述患者的脑组织递送电刺激。
在一些可能的实现方式中,所述医疗设备为脉冲发生器。
第四方面,本申请提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项手术计划设备的功能或者实现上述任一项手术计划方法的步骤。
第五方面,本申请提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项手术计划设备的功能或者实现上述任一项手术计划方法的步骤。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式进一步说明本申请。
图1是本申请实施例提供的一种手术计划方法的流程示意图。
图2是本申请实施例提供的一种手术计划设备的结构框图。
图3是本申请实施例提供的一种医疗系统的结构框图。
图4是本申请实施例提供的一种脑深部电刺激设备的结构框图。
图5是本申请实施例提供的另一种脑深部电刺激设备的结构框图。
图6是本申请实施例提供的一种计算机程序产品的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请的说明书附图以及具体实施方式,对本申请中的技术方案进行描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施方式之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施方式。
本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施方式或设计方案不应被解释为比其他实施方式或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请实施例中出现的第一、第二等描述,仅作示意与区分描述对象之用,没有次序之分,也不表示本申请实施例中对数量的特别限定,不能构成对本申请实施例的任何限制。
下面对本申请实施例的技术领域和相关术语进行简单说明。
植入式医疗系统包括植入式神经电刺激系统、植入式心脏电刺激系统(又称心脏起搏器)、植入式药物输注系统(Implantable Drug Delivery System,简称IDDS)和导线转接系统等。植入式神经电刺激系统例如是脑深部电刺激系统(Deep Brain Stimulation,简称DBS)、植入式脑皮层刺激系统(Cortical Nerve Stimulation,简称CNS)、植入式脊髓电刺激系统(Spinal Cord Stimulation,简称SCS)、植入式骶神经电刺激系统(Sacral NerveStimulation,简称SNS)、植入式迷走神经电刺激系统(Vagus Nerve Stimulation,简称VNS)等。
植入式神经电刺激系统包括植入患者体内的刺激器(即植入式神经刺激器)以及设置于患者体外的程控设备。也就是说,刺激器是一种医疗设备,或者说,医疗设备包括刺激器。相关的神经调控技术主要是通过立体定向手术在生物体的组织的特定部位(即靶点)植入电极(电极例如是电极导线的形式),经电极向靶点发放电脉冲,调控相应神经结构和网络的电活动及其功能,从而改善症状、缓解病痛。
作为一个示例,DBS包括IPG(Implantable Pulse Generator,植入式脉冲发生器)、延伸导线和电极导线,IPG通过延伸导线与电极导线连接。IPG植入于患者体内,例如植入于患者胸前或者其他体内部位。
作为另一个示例,DBS包括IPG和电极导线,IPG与电极导线直接连接。IPG植入于患者头部,例如对患者的颅骨开槽,然后将IPG安装于颅骨的槽中,在这种情况下,IPG可能不凸出于颅骨外表面,也可能部分凸出于颅骨外表面。
其中,IPG响应于程控设备发送的程控指令,依靠密封电池和电路向体内组织提供可控制的电刺激治疗(或者说电刺激能量)。IPG通过电极导线,为体内组织的特定区域递送一路或多路可控制的特定电刺激。
在一些实施例中,延伸导线配合IPG使用,作为电刺激的传递媒体,将IPG产生的电刺激,传递给电极导线。
在一些实施例中,可以采用脉冲信号的形式来递送电刺激,也可以采用非脉冲信号的形式来递送电刺激。例如,电刺激可以作为具有各种波形形状、频率和振幅的信号来递送。因此,非脉冲信号形式的电刺激可以是连续信号,其可以具有正弦波形或其他连续波形。
电极导线在接收到IPG或者延伸导线传输的电刺激后,通过多个电极触点,向体内组织的特定区域递送电刺激。刺激器例如设置有单侧或双侧的一路或多路电极导线,电极导线上设置有多个电极触点,电极触点可以均匀排列或者非均匀排列在电极导线的周向上。作为一个示例,电极触点可以以4行3列的阵列(共计12个电极触点)排列在电极导线的周向上。电极触点可以包括刺激电极触点和/或采集电极触点。电极触点例如可以采用片状、环状、点状等形状。
在一些实施例中,受刺激的体内组织可以是患者的脑组织,受刺激的部位可以是脑组织的特定部位。当患者的疾病类型不同时,受刺激的部位一般来说是不同的,所使用的刺激触点(单源或多源)的数量、一路或多路(单通道或多通道)特定电刺激的运用以及刺激参数(数值)也是不同的。
本申请实施例对适用的疾病类型不做限定,其可以是脑深部刺激(DBS)、脊髓刺激(SCS)、骨盆刺激、胃刺激、外周神经刺激、功能性电刺激所适用的疾病类型。其中,DBS可以用于治疗或管理的疾病类型包括但不限于:痉挛疾病(例如,癫痫)、疼痛、偏头痛、精神疾病(例如,重度抑郁症(MDD))、躁郁症、焦虑症、创伤后压力心理障碍症、轻郁症、强迫症(OCD)、行为障碍、情绪障碍、记忆障碍、心理状态障碍、移动障碍(例如,特发性震颤或帕金森氏病)、亨廷顿病、阿尔茨海默症、药物成瘾症、孤独症或其他神经学或精神科疾病和损害。
本申请实施例中,程控设备和刺激器建立程控连接时,可以利用程控设备调整刺激器的一个或多个刺激参数(或者说脉冲发生器的一个或多个刺激参数,不同的刺激参数所对应的电刺激不同),也可以通过刺激器感测患者的电生理活动以采集得到电生理信号,并可以通过所采集到的电生理信号来继续调整刺激器的刺激参数,实现刺激参数的闭环控制(或者说自适应调节)。
刺激参数可以包括以下至少一种:用于递送电刺激的电极触点标识(例如是2#电极触点和3#电极触点)、频率(例如是单位时间1s内的电刺激脉冲信号个数,单位为Hz)、脉宽(每个脉冲的持续时间,单位为μs)、幅值(一般用电压表述,即每个脉冲的强度,单位为V)、时序(例如可以是连续或者簇发,簇发是指多个过程组成的不连续的时序行为)、刺激模式(包括电流模式、电压模式、定时刺激模式和循环刺激模式中的一种或多种)、医生控制上限及下限(医生可调节的范围)和患者控制上限及下限(患者可自主调节的范围)。
在一些实施例中,可以在电流模式或者电压模式下对刺激器的各刺激参数进行调节。
程控设备可以包括医生程控设备(即医生使用的程控设备)和/或患者程控设备(即患者使用的程控设备)。医生程控设备例如是搭载有程控软件的平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、手机等智能终端设备。患者程控设备例如是搭载有程控软件的平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、手机等智能终端设备,患者程控设备还可以是其他具有程控功能的电子设备(例如是具有程控功能的充电器、电生理采集设备等)。
本申请实施例对医生程控设备和刺激器的数据交互不进行限制,当医生远程程控时,医生程控设备可以通过服务器、患者程控设备与刺激器进行数据交互。当医生线下和患者面对面进行程控时,医生程控设备可以通过患者程控设备与刺激器进行数据交互,医生程控设备还可以直接与刺激器进行数据交互。
在一些实施例中,患者程控设备可以包括(与服务器通信的)主机和(与刺激器通信的)子机,主机和子机可通信地连接。其中,医生程控设备可以通过3G/4G/5G网络与服务器进行数据交互,服务器可以通过3G/4G/5G网络与主机进行数据交互,主机可以通过蓝牙协议/WIFI协议/USB协议与子机进行数据交互,子机可以通过401MHz-406MHz工作频段/2.4GHz-2.48GHz工作频段与刺激器进行数据交互,医生程控设备可以通过401MHz-406MHz工作频段/2.4GHz-2.48GHz工作频段与刺激器直接进行数据交互。
专利CN112100631A公开了一种判断PPTX文档加密的处理方法及终端,然而,当没有使用PowerPoint或WPS等第三方软件打开文档时无法确定其是否加密,这影响了对文档的后续操作。针对电生理采集设备采集得到的电生理数据(例如是脑电数据)的数据文件,这些数据文件通常是文本文件,以ASCII字符表示,计算机无法区分加密和未加密的文件,导致影响后续的数据处理。
相关专利针对的是PPTX文档,不适用于脑电数据(例如采用文本文件、二进制数据、十六进制数据等形式)。且相关专利主要涉及加密和非加密的判断,不涉及对加密和非加密数据的兼容性处理。
当前,电生理采集软件在手术计划时使用的数据可能是原始的非加密数据、加密数据或(对加密数据)解密得到的非加密数据,但相关技术只能播放其中一种数据,无法同时兼容加密数据和非加密数据。
基于此,本申请提供了手术计划设备、手术计划方法、医疗系统、计算机可读存储介质及计算机程序产品,以改进相关技术。本申请提供了一种对加密/非加密数据进行解析和兼容处理的方法,并能确认非法文件。该方法能够适应脑电数据等电生理数据的特点,并提供解析和处理加密/非加密数据的能力,以满足手术计划的需求。
本申请实施例提供的方案涉及数据处理、脑深部电刺激等技术,具体通过如下实施例进行说明。需要说明的是,以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
(手术计划方法)
参见图1,图1是本申请实施例提供的一种手术计划方法的流程示意图。
本申请实施例提供了一种手术计划方法,用于将医疗设备植入患者的头部,所述方法包括:
步骤S101:获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
步骤S102:根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
步骤S103:根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
医疗设备指用于诊断、治疗、监测或帮助疾病预防的器械、设备、工具或系统。在电刺激治疗中,医疗设备例如是用于传递电刺激的刺激发生器等,例如是脉冲发生器。
颅骨指人类头部的骨骼结构,由多个骨头组成,包括颅顶骨、颅底骨和颅面骨等。颅骨保护着大脑和其他重要的神经组织。
医疗影像数据是通过医学影像技术获取的关于人体内部结构或功能的图像数据。医疗影像数据可以来自于多种影像技术,如X射线、CT扫描、磁共振成像(MRI)等。
三维重建指将医疗影像数据转换为三维模型的过程。通过分析医疗影像数据中的像素值和几何信息,可以重建出人体器官或结构的三维形状和位置。
颅骨厚度分布结果是通过对颅骨进行三维重建后,得到的描述颅骨厚度分布的结果。该结果显示了颅骨不同区域的厚度情况,用于指导医疗设备的植入位置选择。
预设的厚度筛选条件是根据颅骨厚度分布结果事先设定的条件,用于筛选出适合植入医疗设备的颅骨区域。这些条件可以根据治疗需求和安全考虑确定,如要求一定的颅骨厚度范围以确保植入物的稳定性。
在医疗设备植入过程中,植入点指确定医疗设备在患者颅骨上的具体位置。植入点的选择通常基于颅骨的解剖结构、病情特点和治疗需求等因素。
该手术计划方法旨在将医疗设备植入患者的头部。首先通过使用医学影像技术(如CT扫描或MRI),获取患者颅骨的详细影像数据。其次,利用所获取的医疗影像数据,通过计算机处理和图像重建算法,对患者颅骨进行三维重建,例如生成一个包含颅骨形状和结构的三维模型,即颅骨三维模型。在三维重建的基础上,通过分析颅骨的数据,计算出颅骨各个区域的厚度分布结果,提供关于颅骨厚度的空间信息。根据颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,确定医疗设备在患者颅骨上的植入点,通过在特定的颅骨区域选择植入点,可以确保医疗设备的安全和有效植入。
这样做的好处是,利用患者个体的颅骨形态和结构信息,可以为每位患者制定个体化的手术计划,确保植入点的准确性和可行性;通过对颅骨厚度分布进行分析,可以避免植入设备的过度植入(例如,接触到硬脑膜外表面)或与颅骨结构不匹配,从而减少手术风险和并发症的发生;快速、准确选择植入点,可以确保医疗设备与目标区域的接触良好,并优化电刺激治疗效果,提高治疗的精确性和效率;通过提前进行手术计划,可以减少手术过程中的操作时间和创伤,提高患者的手术体验和恢复速度。
在一些实施例中,所述医疗设备的确定过程包括:
根据所述颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型,以确定其中一个型号的备选医疗设备作为所述医疗设备。
型号指医疗设备的不同规格、配置或版本。不同型号的医疗设备例如具有不同的功能、大小、形状等特征。作为示例,医疗设备为脉冲发生器,脉冲发生器包括可充电和不可充电的型号。
备选医疗设备指在选型过程中可供选择的多个医疗设备型号,具有不同的特性和适应性,可以根据患者的需求和条件进行选择。
选型指从备选医疗设备中选择合适的设备型号。在根据颅骨厚度分布结果进行选型时,可以根据备选医疗设备与颅骨厚度的匹配程度、适应性和治疗效果等因素进行评估。例如可以选择与颅骨厚度接近的备选医疗设备作为所述医疗设备。
举例来说,在电刺激治疗中,有多个型号的备选医疗设备A、B、C、D、E可供选择。根据患者颅骨厚度分布结果,分析这些备选医疗设备的特征和适应性,从中选择一个最适合的备选医疗设备作为最终选型(即所述医疗设备)。例如,根据颅骨厚度分布结果,发现备选医疗设备C的形状和尺寸更适合患者的颅骨结构,因此选择该型号C作为最终的医疗设备。
由此,通过分析和计算患者颅骨的厚度分布,得到颅骨不同区域的厚度信息。根据颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型。备选设备可能具有不同的形状、尺寸、适应性和功能特点。根据颅骨厚度分布结果,综合考虑备选医疗设备的特点和适应性,选择其中一个型号的备选医疗设备作为最终的医疗设备。
这样做的好处是,通过从多个型号的备选医疗设备中进行选型,确保在现有技术下,所有患者都能够匹配到适合自身的设备型号,即使在条件有限(例如,有的患者的颅骨厚度过大,或者过小)的情况下,只要备选型号足够多且广泛,患者仍能获得适合自身的医疗设备;根据颅骨厚度分布结果选择合适的医疗设备,能够实现更为个体化的治疗,不同患者的颅骨厚度分布可能存在差异,选型过程可以确保所选择的医疗设备与患者的颅骨结构相匹配,从而满足患者的个体治疗需求;确保患者能够匹配到适合自身的设备型号,提高治疗的成功率,医疗设备的合适型号能够更好地适应患者的颅骨结构和治疗需求,从而增加治疗效果和预期临床结果的实现;选择合适的医疗设备型号可以减少植入过程中的问题,如过度植入或与颅骨不匹配,从而减少手术并发症的发生风险;确保患者能够匹配到适合自身的医疗设备型号,可以增强患者的满意度,个体化的治疗选择能够提高患者的治疗体验,使其感到更加满意,舒适度也更高。
在一些实施例中,所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式。
颅骨厚度分布热图是一种以热图形式表示颅骨厚度分布结果的可视化方式。热图使用不同颜色来表示不同厚度的区域,例如采用色谱图来表示。比如,较薄的区域可能用冷色调(如蓝色)表示,较厚的区域可能用暖色调(如红色)表示。
颅骨二维等高线图是一种以等高线形式表示颅骨厚度分布结果的可视化方式。等高线图使用等高线(或等值线)连接具有相同厚度的点,形成轮廓线。每条等高线表示颅骨的某个特定厚度,通过不同等高线的分布和形状可以观察到颅骨厚度的变化情况。
举例来说,颅骨厚度分布热图可以呈现为一个色彩丰富的图像,其中不同颜色区域表示不同厚度的颅骨区域。较厚的颅骨区域可能显示为红色或橙色,而较薄的区域可能显示为蓝色或绿色。这样的热图可以帮助医生直观地识别颅骨厚度变化的位置和程度。
另一方面,颅骨二维等高线图可以以轮廓线的形式显示颅骨厚度分布结果。不同的等高线表示不同厚度的颅骨区域,轮廓线的形状和间距可以反映厚度变化的情况。这样的等高线图可以帮助医生更清晰地了解颅骨厚度分布的空间分布和特征。
由此,将颅骨厚度分布结果以可视化形式呈现,例如颅骨厚度分布热图和颅骨二维等高线图。
这样做的好处是,通过使用颅骨厚度分布热图或颅骨二维等高线图,可以直观地展示颅骨厚度分布的空间变化,这种可视化形式使医生和其他医疗专业人员能够更直观地了解颅骨不同区域的厚度情况;颅骨厚度分布热图或颅骨二维等高线图可以作为电刺激治疗中植入点选择的参考,医生可以根据这些可视化结果,选择适当的植入点,确保医疗设备与颅骨的接触良好并达到预期的效果;通过可视化展示颅骨厚度分布结果,可以实现个体化的治疗方案,不同患者的颅骨厚度分布可能存在差异,根据可视化结果,可以为每位患者制定特定的治疗计划,确保植入点的准确性和治疗的个性化;颅骨厚度分布热图或颅骨二维等高线图可以用于评估植入过程中的风险,通过观察图像中的颅骨厚度分布情况,可以避免过度植入或与颅骨结构不匹配,减少手术风险和并发症的发生;这些可视化形式可以帮助医生更好地理解颅骨的结构和厚度变化,从而优化电刺激治疗的定位和刺激参数设置,通过准确了解颅骨厚度分布,可以提高电刺激的传递效率,优化治疗效果。
在一些实施例中,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度差值平方和范围;
所述根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点,包括:
根据所述颅骨厚度分布结果,获取所述颅骨外表面上的每个待测点对应的厚度差值平方和;
检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度差值平方和处于所述厚度差值平方和范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度差值平方和处于所述厚度差值平方和范围的一个或多个待测点作为预选点,放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
其中,获取所述颅骨外表面上的每个待测点对应的厚度差值平方和的过程包括:
针对所述颅骨外表面上的每个待测点执行以下处理:
以所述待测点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述待测点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述待测点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨上表面,以得到所述设备上表面的每个点对应的投影点;
获取所述设备上表面的每个点的设备厚度及其对应的投影点的颅骨厚度;
计算所述设备上表面的每个点的设备厚度及其对应的投影点的颅骨厚度之间的厚度差值,作为所述设备上表面的每个点对应的厚度差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的厚度差值的平方和,作为所述待测点对应的厚度差值平方和。
上述实施例中,利用颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,确定医疗设备在患者颅骨上的植入点。这个过程包括以下步骤:获取颅骨外表面上每个待测点的厚度差值平方和;检测颅骨外表面上是否存在待测点的厚度差值平方和处于设定范围内;将满足条件的待测点作为预选点放入预选点集合;从预选点集合中确定一个预选点作为医疗设备的植入点。
其中,获取颅骨外表面上每个待测点对应的厚度差值平方和的过程包括以下步骤:根据待测点设置设备的三维模型,确保设备上表面的中心点与待测点重合,设备的高度方向平行于待测点处颅骨外表面的法线,设备的长度方向平行或垂直于患者的正中矢状面;将设备上表面投影到颅骨外表面,得到设备上每个点对应的投影点;获取设备上每个点的设备厚度和对应投影点的颅骨厚度;计算设备上每个点的设备厚度和对应投影点的颅骨厚度之间的厚度差值,作为该点的厚度差值;计算设备上所有点的厚度差值的平方和,作为待测点的厚度差值平方和。
这样做的好处是,通过基于颅骨厚度分布的分析,可以准确地确定医疗设备的预选点,进而准确地确定植入点,从而提高治疗的定位精度;根据患者的颅骨形态和厚度分布,通过待测点的筛选,可以筛选出适合患者的预选点和植入点,实现个性化的治疗方案;通过计算厚度差值平方和,可以评估设备在待测点的厚度匹配程度,从而实现更精确的厚度筛选过程。
在一些实施例中,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
所述根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点,包括:
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个待测点放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
本实施例中,通过对医学影像数据进行处理和计算,生成患者颅骨的三维模型(即颅骨三维模型)。颅骨三维模型是将患者的颅骨以三维形式呈现的模型,包括颅骨的内部表面(即颅骨内表面)和外部表面(即颅骨外表面),还可能有其他结构的重建结果,可以用于进行定位、测量、分析和规划治疗等。颅骨的内表面是指颅骨内部与脑组织接触的表面,颅骨的外表面是指颅骨外部与头皮接触的表面。
预选点集合是根据颅骨厚度分布结果和厚度筛选条件,通过检测颅骨外表面上处于适用厚度范围内的待测点,形成的潜在植入点(即预选点)的集合。本申请实施例对预选点集合中的预选点数量不作限定,其例如可能是1、10、100、1000、10000等。
假设在电刺激治疗方案中,患者A需要植入一个脉冲发生器,该脉冲发生器适用于颅骨厚度范围在5毫米至6毫米之间的区域。因此,厚度筛选条件用于指示5毫米至6毫米的厚度范围。意味着在颅骨厚度分布结果中,只有位于这个范围内的待测点才会被考虑作为可能的植入点。假设在患者A的颅骨厚度分布结果中,颅骨外表面在一个待测点的厚度为5.5毫米,那么该待测点符合厚度筛选条件。因此,该待测点可以作为预选点,被纳入预选点集合,作为可能的植入点之一。
由此,通过对患者的医学影像数据进行处理和分析,得到颅骨的三维重建结果,包括颅骨三维模型。根据颅骨厚度分布结果和植入需求(例如,需要考虑到治疗设备的形状参数),设定厚度筛选条件,用于指示医疗设备的适用厚度范围。根据颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,进行植入点的确定。在颅骨外表面上,检测是否存在厚度处于指定厚度范围内的待测点,并将符合条件的待测点作为预选点,放入预选点集合。最后,从预选点集合中确定一个预选点作为医疗设备在患者的颅骨上的植入点。
这样做的好处是,通过颅骨三维模型和厚度筛选条件,能够为每位患者制定个体化的治疗方案。基于患者的颅骨结构和厚度特征,选择适当的植入点,以确保医疗设备与颅骨的接触良好,并达到预期的治疗效果;根据颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,确定最佳的医疗设备植入点;根据颅骨厚度分布结果和厚度筛选条件确定植入点,能够降低手术风险,减少植入过程中的问题;确保医疗设备植入在合适的点位,能够提高电刺激治疗的传递效率和治疗效果,确保电刺激目标区域得到准确、有效的刺激,优化治疗结果;个体化治疗和最佳植入点选择可以提高患者的满意度,通过考虑患者的颅骨特征并确定合适的植入点,可以提供更精准、安全和有效的治疗,增强患者对治疗的信心和满意度。
在一些实施例中,所述从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点,包括:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
设备三维模型是医疗设备在计算设备中生成的三维虚拟模型,该模型可以表示医疗设备的形状、尺寸和特征,可以用来评估医疗设备与患者颅骨的贴合度。医疗设备例如具有长方体、圆柱、圆台、球形、近似于长方体(例如,设备上表面和设备下表面为弧面)等形状,本申请对此不设限。
医疗设备的上表面是指靠近患者头皮的设备表面,而设备的下表面是指与患者颅骨接触的设备表面。
贴合度用于衡量设备上表面与颅骨外表面的适配程度。贴合度可以通过测量设备上表面与颅骨外表面的接触面积、距离、形状匹配等因素来评估。贴合度可以采用正数、十分制、百分制、百分比等形式,本申请不对此设限。
举例来说,假设预选点集合包含多个预选点,获取每个预选点对应的设备上表面与颅骨外表面的贴合度。根据贴合度大小,评估颅骨外表面的哪个预选点与设备上表面最适合,从而选择一个预选点作为最终植入点,该植入点例如可以在手术计划设备上高亮显示。
除了直接将贴合度最高的预选点作为植入点之外,在另一些实施例中,还可以在手术计划设备上显示颅骨三维模型、设备三维模型以及每个预选点对应的设备上表面与颅骨外表面的贴合度。将所有预选点的贴合度提供给医生,由医生综合考量多种影响因素,手动选择一个预选点作为最终植入点。此时医生选择的植入点不一定是贴合度最高的预选点,本申请不对此设限。
由此,首先,获取所使用的医疗设备的三维模型,用于后续步骤中的贴合度评估。对于预选点集合中的每个点,计算其与设备上表面和颅骨外表面的贴合度。根据预选点对应的设备上表面和颅骨外表面的贴合度,选择贴合度最高的预选点作为最终的植入点。贴合度最高的预选点表示设备与患者颅骨的贴合最好,有望提供更好的治疗效果。
这样做的好处是,通过获取设备三维模型、预选点集合和贴合度评估,能够为每位患者制定个体化的植入位置规划方案,考虑到患者颅骨形态和设备特征,选择最适合的植入点,从而降低手术风险和并发症的发生;通过贴合度评估和选择贴合度最高的预选点作为植入点,确保医疗设备与颅骨的贴合度最优;相比传统方式,利用预选点集合和贴合度评估的方法能够快速确定最佳植入点,减少手术中的颅骨切除或磨骨槽的范围,降低手术时间和手术创伤;个体化的植入位置规划有助于提高植入物体积较大时的头皮张力分布,从而改善术后的美观效果和伤口愈合情况。
选择贴合度最高的预选点作为植入点有多种好处。通过贴合度评估,选择贴合度最高的植入点可以使医疗设备更好地与患者的颅骨外表面贴合,减少了可能的凸起或突出,使植入部位更加平滑和自然,有助于术后外观更加符合正常头部形态,提高患者的美观感受;选择贴合度最高的植入点可以更好地隐藏医疗设备,减少植入部位在外部可见的痕迹,患者在日常生活中可以更轻松地遮盖和隐藏植入部位,减少对外部的注意和困扰,增强个人隐私和自信心;贴合度高的植入点可以减少植入设备与周围组织的摩擦和冲击,有助于减少伤口的张力和压力,有利于伤口愈合过程中的皮肤修复和组织再生,减少瘢痕的形成,提高伤口的美观度;通过选择贴合度最高的植入点,可以减少植入设备与周围组织之间的摩擦和位移,降低植入物的刺激和压迫对皮肤和组织的影响,减少术后感染、炎症和其他并发症的风险,有助于促进更快、更健康的术后康复,减少不良反应和治疗延误;医疗设备与患者颅骨的贴合度增加,使得颅骨能够更牢固地固定和支撑医疗设备,有助于防止医疗设备受到横向外力的作用,减少设备的移动和位移,提供更稳定的植入效果。
在一些实施例中,所述获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,包括:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
中心点指设备上表面的几何中心点,位于设备上表面的几何中心。
曲率指在特定点或区域上的曲率度量,用来描述曲面的弯曲程度。例如用曲率半径来表示,曲率半径越小表示曲率越大,曲率越陡峭。
举例来说,根据设备上表面在自身中心点的曲率与颅骨外表面在预选点的曲率来确定贴合度。例如,设备上表面在自身中心点处的曲率半径为2.0毫米,而颅骨外表面在某个预选点处的曲率半径为1.9毫米。根据这些数值,可以计算出贴合度的值,例如是1.9 /2.0 = 0.95。
由此,首先,对设备上表面和颅骨外表面进行曲率计算。通过测量设备上表面在其自身中心点处的曲率和颅骨外表面在预选点处的曲率,得到两个曲率值。根据所得到的曲率值,进行贴合度的确定。通过比较设备上表面在自身中心点处的曲率和颅骨外表面在预选点处的曲率,可以评估设备上表面和颅骨外表面之间的贴合程度。贴合度越高,表示设备与颅骨更好地贴合。接下来,对每个预选点,根据其所对应的设备上表面和颅骨外表面的贴合度进行评估,选择贴合度最高的预选点作为医疗设备在患者颅骨上的最终植入点。这个选择能够确保设备与颅骨的贴合度最优,提高治疗效果并减少植入后的不适感。
采用所述设备上表面和颅骨外表面曲率的比较来确定贴合度,具有以下计算量小、计算简单快速的优势,通过比较设备上表面在自身中心点的曲率和颅骨外表面在预选点的曲率,可以直接得出曲率之间的差异或比例关系,这种计算方法相对简单,不需要进行复杂的数值计算或迭代过程,减少了计算的复杂度和计算时间;由于计算量小和计算简单,能够快速进行预选点的贴合度评估,在实际操作中,手术计划设备可以迅速计算和比较预选点的贴合度,以确定最佳的植入点,节省手术计划时间,提高手术效率;相对于复杂的数值计算方法,采用曲率之间的简单比较可以降低计算资源的需求,不需要大量的计算能力或高性能计算设备,可以在较为简单的计算环境下进行;由于计算量小和计算简单,这种方法适用于实时操作和快速决策的场景。
在一些实施例中,所述获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,包括:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;
根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度。
法线是指始终垂直于某平面的虚线。曲面上某一点的法线指的是经过这一点并且与该点切平面垂直的那条直线(即向量)。
正中矢状面是人体解剖学中的一个重要参考平面,也称为中线矢状面或中矢面。它是一个垂直于冠状面和横断面的平面,将人体分为左右对称的两个部分。具体而言,正中矢状面通过头顶正中线,从头部的前方一直延伸到后方,将身体分为左右对称的两个部分。在这个平面上,左侧和右侧的结构是相对镜像对称的。
投影指将一个对象的形状或特征映射到另一个表面或平面上。在本实施例中,投影指的是将设备上表面投影到颅骨外表面上的过程。
举例来说,假设预选点为颅骨外表面上的一个具体点,位于颞骨的顶部,假设该预选点在解剖学坐标系中的坐标为(x, y, z) = (50, 60, 70)。该解剖学坐标系例如以鼻尖作为原点,水平线与地面平行,垂直线垂直于地面,左右方向、前后方向和上下方向分别对应不同的坐标轴。其中,x 坐标表示左右方向,y 坐标表示前后方向,z 坐标表示上下方向。
由此,首先,根据预选点,设置设备的三维模型,使得设备上表面的中心点与预选点重合。同时,设备的高度方向与预选点处颅骨外表面的法线平行,设备的长度方向平行或垂直于患者的正中矢状面。这样做可以确保设备与颅骨上表面的准确对齐。其次,将设备上表面投影到颅骨的外表面上,得到投影结果。这个投影过程类似于将设备的形状映射到颅骨表面上,以便在二维平面上观察设备的适配情况。根据投影结果,计算预选点对应的贴合度,例如可以比较设备上表面在预选点处的曲率与颅骨外表面在该点处的曲率,或者比较设备表面和颅骨表面在该点处的角度。通过这种比较,可以评估设备在预选点处与颅骨的贴合程度。
这样做的好处是,通过设备三维模型的设置,确保设备在患者颅骨上的位置与预选点高度一致,使得植入点的定位更加精确,有助于确保治疗目标的准确性和可行性;将设备上表面投影到颅骨外表面上,能够观察到设备与颅骨外表面的适配情况,通过优化设备的位置和方向,可以减少设备与颅骨之间的凸起或突出,使植入部位更加平滑和自然;通过计算预选点的贴合度,可以选择最匹配的植入点,确保设备与颅骨的贴合度最优。
将设备上表面与颅骨外表面对齐是为了准确获取预选点处的贴合度,本实施例中,设置了3个对齐条件。
第一个条件:所述设备上表面的中心点与所述预选点重合。通过将设备上表面的中心点与预选点重合,确保设备的位置准确地设置于颅骨外表面的特定位置,且在该预选点处不向外凸出,避免设备在植入过程中的偏离或错位,确保治疗目标的精确性。
第二个条件:所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线。通过使设备的高度方向与颅骨外表面的法线平行,确保设备的高度方向与颅骨的厚度方向保持一致。
第三个条件:所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面。通过使设备的长度方向与患者的正中矢状面平行或垂直,确保设备在横向方向(即患者站立时的水平方向)上与患者的解剖结构对齐,使设备更好地适应患者的头部形状和生理结构,提高治疗的准确性和效果。如果设备的长度方向与患者的正中矢状面平行或垂直,设备将更好地符合患者头部的侧面轮廓,从而减少了植入部位可能产生的不规则突起或凹陷。
在一些实施例中,所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
所述根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度,包括:
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
在本实施例中,将设备上表面的每个点映射或投影到颅骨外表面上,以获得对应的投影点。
每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值是指每个点的曲率和自身对应的投影点的曲率的差值。投影点的曲率即颅骨外表面在投影点处的曲率。
曲率的差值的平方和是指一组数值(即曲率的差值)的平方值之和。
在本实施例中,贴合度是通过计算曲率差值的平方和来评估。
举例说明,假设有一个设备上表面的点A,其曲率为5,投影到颅骨外表面上的对应投影点为B,其曲率为3。则曲率的差值为5 - 3 = 2。以此类推,计算设备上表面所有点与其投影点之间的曲率差值,并将差值的平方和的倒数作为贴合度。根据平方和的大小,可以评估预选点的贴合度,例如,平方和越小,设备上表面与颅骨外表面的贴合度越高。
由此,根据设备上表面的每个点,将其投影到颅骨外表面上得到对应的投影点。对于每个点,计算该点的曲率与其投影点在颅骨外表面上的曲率之间的差值。这表示了设备上点与颅骨外表面点之间的弯曲程度差异。将所有点的曲率差值进行平方,然后相加得到平方和。平方和衡量了设备上所有点与颅骨外表面之间曲率差值的总体适应性。这样做的好处是,通过计算曲率差值和平方和,可以量化设备上表面与颅骨外表面的贴合程度,提供了一个客观的指标,评估设备在患者颅骨上的适应性;通过评估预选点的贴合度,可以确定最优的植入位置,例如选择具有最小平方和的预选点,即贴合度最高的点,可以提高植入设备与颅骨外表面的贴合效果;确保设备上表面与颅骨外表面的贴合度,可以提高手术的精确性,减少设备与颅骨之间的间隙或不适当的接触,从而提高治疗效果。
在一些实施例中,所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
所述方法还包括:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
所述根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度,包括:
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
投影图像指将设备上表面投影到颅骨外表面上所形成的投影图像。
颜色映射图像是一种用颜色表示数据或特征的图像。第一颜色映射图像是根据设备上表面每个点的曲率生成的颜色映射图像。使用特定的颜色映射规则,将曲率值映射为对应的颜色。第二颜色映射图像是根据颅骨外表面每个点的曲率生成的颜色映射图像。采用与第一颜色映射图像相同的颜色映射规则,以确保一致性。
颜色映射是一种将数据值映射到颜色空间中的技术,以便通过颜色来表示数据的特征或属性。通过选择一种颜色映射规则,将数据范围映射到不同的颜色值上,从而在图像或可视化中展示数据的特征和变化。
颜色映射图像例如可以采用热图、彩色图、灰度图、渐变色图、色彩循环图等形式。
热图主要通过使用不同强度的颜色来表示数据的相对值或密度变化。热图是一种用于可视化数据分布和密度的图形表示方法。通常,热图使用颜色的强度来表示数据的相对值或密度。较高的数值或密度通常用较暖的颜色(例如红色)表示,而较低的数值或密度用较冷的颜色(例如蓝色)表示。因此,热图主要关注数据的相对强度或密度变化。
彩色图通过将数据值映射到不同的颜色上来表示数据的范围和变化。彩色图通常使用预定义的颜色映射表将数据值映射到不同的颜色上。典型的彩色图包括灰度图(将灰度值映射到黑白颜色),以及使用类似彩虹、热图等颜色映射表的图像。彩色图主要关注数据值的具体大小和范围。
此外,灰度图将数据值映射到不同的灰度值上。渐变色图将数据值映射到颜色渐变上。色彩循环图将数据值映射到循环的颜色序列上。这些不同的颜色映射方案都可以用来可视化数据的不同特征和属性。
相似度用于衡量第一颜色映射图像与投影图像对应的第三颜色映射图像之间的相似程度。可以使用各种相似度度量方法,如结构相似性指数(SSIM)或均方差(MSE)等。
这样做的好处是,通过生成颜色映射图像,可以直观地比较设备上表面和颅骨外表面的曲率分布,有助于识别贴合度较高或较低的区域,并提供更清晰的视觉指导;通过计算第一颜色映射图像与投影图像对应的第三颜色映射图像的相似度,可以定量评估设备与颅骨外表面的贴合程度,提供了一种客观的指标,用于衡量设备在患者颅骨上的适应性;根据相似度评估的结果,可以确定预选点的贴合度,例如更高的相似度表示更高的贴合度,从而可以选择更适合的植入点,提高治疗效果和患者的个体化治疗体验。
一方面,不同的颜色映射形式可以突出设备上表面和颅骨外表面的特征差异,使其更加显著和易于观察。例如,热图可以显示出设备和颅骨之间的曲率差异,彩色图可以用不同的颜色表示不同的曲率,灰度图可以显示出曲率的变化等。另一方面,颜色映射图像可以帮助医生更好地解读设备和颅骨的关系。通过观察颜色的变化和分布,可以获取关于设备和颅骨之间贴合度、曲率分布、结构匹配等方面的信息。此外,不同的颜色映射形式可以根据具体情况进行调整,以适应不同患者的需求和个体差异。根据患者的喜好、认知能力和对颜色的感知,选择合适的颜色映射形式,使其更易于理解和接受。
在一些实施例中,所述颜色映射规则是基于曲率的颜色映射规则。
由此,根据曲率,制定了一套特定的颜色映射规则。根据曲率的变化,不同的颜色被分配给不同的曲率范围,以实现可视化呈现。
这样做的好处是,通过使用基于曲率的颜色映射规则,可以突出显示设备上表面和颅骨外表面的曲率差异,不同的颜色可以用于表示不同程度的曲率,从而使医生能够更直观地感知和理解设备和颅骨之间的曲率变化;基于曲率的颜色映射规则使得医生能够更快速地识别和区分设备上表面和颅骨外表面的不同曲率区域,通过对颜色的观察,可以直观地辨别出曲率的高低,有助于确定设备与颅骨的贴合情况;使用基于曲率的颜色映射规则可以将曲率信息以直观的方式呈现出来,不同的颜色代表不同的曲率值,形成清晰的视觉对比,方便医生选择合适的植入点。
在一些实施例中,所述医疗设备是脉冲发生器,所述方法还包括:
规划得到电极导线的规划植入路径。
规划植入路径指电极导线在颅骨内部的植入路径,以确保安全且有效地植入电极导线。
举例说明,通过规划植入路径,确定(脉冲发生器对应的)电极导线需要在大脑内部穿过特定的通道或区域,最终达到目标位置(例如是伏隔核或者内囊前肢)。
本实施例中,医疗设备为脉冲发生器,是一种用于电刺激治疗的设备。首先,确定电极导线需要穿过的脑组织,达到目标区域。其次,通过上述方法确定植入点,用于在患者的颅骨上植入脉冲发生器。
这样做的好处是,通过规划植入路径,可以确保电极导线准确地放置在目标位置,以实现精确的电刺激治疗;规划的植入路径可最大限度地减少对患者组织的干扰和创伤,从而减少手术风险和恢复时间;根据患者的具体情况,通过规划植入路径,可以根据需要定制电极导线的位置和方向,以满足个体化的治疗需求。
在一个具体应用场景中,本申请实施例还提供了一种手术计划方法,用于将医疗设备植入患者的头部;所述医疗设备是脉冲发生器;
所述医疗设备的确定过程包括:根据所述颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型,以确定其中一个型号的备选医疗设备作为所述医疗设备。
所述方法包括:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果和颅骨三维模型;所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式;所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个待测点放入预选点集合;
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
规划得到电极导线的规划植入路径。
其中,获取每个预选点对应的贴合度,有3种实现方式。
第一种方式:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
第二种方式:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
第三种方式:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
以向患者A的头部植入一个(脑深部电刺激设备的)脉冲发生器(作为医疗设备)为例,该脉冲发生器具有近似长方体的形状,其长度为2厘米,高度为0.5厘米,设备上表面和设备下表面均向上凸起,以贴合颅骨构造。
首先,对患者A进行CT扫描,获取CT数据作为医疗影像数据。例如,检测到患者A的颅骨的平均厚度为7毫米。然后根据这些CT数据进行三维重建,得到颅骨三维模型和颅骨厚度分布热图。在此过程中,可以检测颅骨外表面的各待测点的厚度是否在脉冲发生器的厚度范围(例如,6.5-7.5毫米)内。先以第一步长进行粗检索,得到粗检索结果(即每个粗检索点对应的颅骨厚度),根据粗检索结果筛选出一个或多个待测区域(例如将对应颅骨厚度处于该厚度范围的粗检索点进行聚类处理,以得到一个或多个待测区域),然后以(小于第一步长的)第二步长对每个待测区域进行精细检索,假设找到了100个满足条件的预选点。然后获得脉冲发生器的设备三维模型,并计算每个预选点对应的设备上表面和颅骨外表面的贴合度。
根据第一种方式,可以计算设备上表面在自身中心点的曲率与颅骨外表面在每个预选点的曲率之间的差值。例如,如果设备上表面在中心点的曲率为0.05,颅骨外表面在预选点1的曲率为0.07,二者的曲率之差为0.02,以曲率的差值(取绝对值)的倒数为贴合度,则预选点1对应的贴合度为50。以此类推,计算出所有预选点的贴合度。
根据第二种方式,以每个预选点为依据设置设备三维模型,使设备上表面的中心点与预选点重合,并且设备三维模型的高度方向平行于颅骨外表面在预选点处的法线,长度方向平行或垂直于正中矢状面。然后将设备上表面投影至颅骨外表面,计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值,然后计算所有点对应的曲率的差值的平方和。例如,预选点2对应的平方和为1.32。以平方和的倒数为贴合度,则预选点2的贴合度为0.76。以此类推,计算出所有预选点的贴合度。
根据第三种方式,生成设备上表面对应的第一颜色映射图像和颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,然后将设备上表面投影至颅骨外表面,并从颅骨外表面的颜色映射图像中截取得到投影图像对应的第三颜色映射图像。然后计算设备上表面的第一颜色映射图像与第三颜色映射图像的相似度。例如,预选点3的相似度为0.95。以相似度为贴合度,则预选点3的贴合度为0.95。以此类推,计算出所有预选点的贴合度。
根据以上三种方式中的任意一种得到每个预选点的贴合度,选取贴合度最高的预选点(例如,预选点6)作为设备在患者颅骨上的植入点。此外,该手术计划方法还可以规划电极导线的路径。
上述实施例中,对颅骨外表面上的待测点(例如是1000个)进行厚度筛选,部分待测点作为预选点被放入预选点集合(例如包括100个预选点),再对每个预选点进行贴合度检测,根据所有预选点的贴合度,选择其中一个预选点作为植入点。即,从待测点中筛选出预选点,从预选点中选择出植入点。
在制定手术计划时,除了考虑颅骨的结构,还可以考虑患者的年龄、性别、健康状况和其他生物学特性。这些信息可以帮助医生更好地理解患者的身体状况,预测术后的恢复情况,以及确定医疗设备的最佳型号和植入位置。为了提高手术计划的精度和效率,可以使用深度学习或者机器学习自动分析和解释医疗影像数据,生成颅骨三维模型,计算颅骨厚度分布结果,以及选择最优的医疗设备和植入位置。由于不同的医疗设备可能对人体有不同的影响,因此,需要考虑医疗设备的生物兼容性。例如,可以根据医疗设备的材料、设计和功能,评估其对颅骨和周围组织的影响,以及可能引起的免疫反应或其他并发症,对患者进行术前告知,在患者充分决策的前提下进行植入手术,避免产生医患纠纷。为了提高医生的手术技能和患者的术前准备,可以建立一个手术模拟系统。手术模拟系统可以模拟整个手术过程,包括医疗设备的选型、植入位置(即植入点)的选择、植入路径的规划,以及可能遇到的问题和解决方案,帮助医生提前做好准备,也让患者对手术有更清晰的了解。
需要说明的是,在能够实现的前提下,上述各实施例中的各步骤的顺序可以进行调整,本申请不对此设限。
(手术计划设备)
本申请实施例还提供了一种手术计划设备,其具体实施例与上述方法实施例中记载的实施例、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
所述手术计划设备用于将医疗设备植入患者的头部,所述手术计划设备包括存储器和至少一个处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时实现以下步骤:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些实施例中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式确定所述医疗设备:
根据所述颅骨厚度分布结果,从多个型号的备选医疗设备中进行选型,以确定其中一个型号的备选医疗设备作为所述医疗设备。
在一些实施例中,所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式。
在一些实施例中,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个点放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些实施例中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
在一些实施例中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
在一些实施例中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;
根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些实施例中,所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些实施例中,所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
在一些实施例中,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
规划得到电极导线的规划植入路径。
参见图2,图2是本申请实施例提供的一种手术计划设备10的结构框图。
手术计划设备10例如可以包括至少一个存储器11、至少一个处理器12以及连接不同平台系统的总线13。
存储器11可以包括易失性存储器形式的(计算机)可读介质,例如随机存取存储器(RAM)111和/或高速缓存存储器112,还可以进一步包括只读存储器(ROM)113。其中,存储器11还存储有计算机程序,计算机程序可以被处理器12执行,使得处理器12实现上述任一项方法的步骤。存储器11还可以包括具有至少一个程序模块115的实用工具114,这样的程序模块115包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
相应的,处理器12可以执行上述计算机程序,以及可以执行实用工具114。处理器12可以采用一个或多个应用专用集成电路(ASIC,Application Specific IntegratedCircuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD,Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD,Complex Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)或其他电子元件。
总线13可以为表示几类总线结构的一种或多种,包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构的任意总线结构的局域总线。
手术计划设备10也可以与一个或多个外部设备例如键盘、指向设备、蓝牙设备等通信,还可与一个或者多个能够与该手术计划设备10交互的设备通信,和/或与使得该手术计划设备10能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入输出接口14进行。并且,手术计划设备10还可以通过网络适配器15与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器15可以通过总线13与手术计划设备10的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,但在实际应用中可以结合手术计划设备10使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
(医疗系统)
本申请实施例还提供了一种医疗系统,其具体实施例与上述方法实施例中记载的实施例、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
参见图3,图3是本申请实施例提供的一种医疗系统的结构框图。
所述医疗系统包括:
手术计划设备,用于规划得到电极导线的规划植入路径,并采用上述方法获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
手术机器人,用于根据所述规划植入路径,将所述电极导线植入所述患者的头部;
手术导航设备,用于对所述电极导线的植入过程进行路径导航,以使所述电极导线的实际植入路径与所述规划植入路径相匹配。
手术计划设备是指用于进行手术计划的设备,能够规划电极导线的植入路径,以及通过采用上述任一种手术计划方法来确定医疗设备在患者颅骨上的植入点。它可以是计算机辅助的工具或软件系统。例如,手术计划设备可以利用CT数据(或者MRI数据)和计算算法来获取规划植入路径和植入点的坐标。
手术机器人是用于执行或辅助手术过程的机器人系统。根据预先规划的规划植入路径,手术机器人将电极导线植入患者头部。手术机器人可以根据预设程序和指令来执行植入操作。例如,手术机器人可以通过自动化的机械臂,按照规划好的规划植入路径将电极导线植入患者头部的指定位置。
手术导航设备是一种用于实时导航和监测手术机器人的植入过程的设备,手术导航设备可以跟踪电极导线的位置,并将其实际植入路径与预先规划的规划植入路径进行匹配检测,如果不匹配,则测量位置偏差和方向偏差并反馈手术机器人,以使手术机器人及时调整电极导线的位置和方向。手术导航设备还可以提供视觉反馈和实时定位信息,帮助医生在手术过程中准确观察手术机器人的操作。例如,手术导航设备可以利用传感器和成像技术,如磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT)等,来实时显示电极导线的位置,并与预先规划的路径进行对比和调整。
由此,手术计划设备使用上述任一项手术计划方法来规划电极导线的植入路径,并获取医疗设备在患者颅骨上的植入点。通过分析患者的颅骨解剖数据和影像信息,手术计划设备能够进行路径规划,生成植入方案。手术机器人根据规划植入路径将电极导线植入患者的头部。它通过机械臂和精确的运动控制系统来准确执行植入操作,确保导线的正确定位和安全插入。手术导航设备用于对电极导线的植入过程进行路径导航,确保实际植入路径与预先规划的路径相匹配。手术导航设备利用成像技术、传感器和定位系统来实时跟踪导线的位置和方向,并提供可视化的导航引导,帮助手术机器人准确定位和插入电极导线。
这样做的好处是,医疗系统的使用可以提高手术的精确性和准确性,手术计划设备和手术导航设备的结合能够规划和引导电极导线的植入过程,确保电极导线准确放置在目标位置,从而增加治疗的精确性;使用手术机器人进行植入操作,可以减少手术风险和人为误差,机器人系统具有精确的运动控制和稳定性,可以精确控制植入力度和角度,降低手术风险;手术导航设备提供实时的导航引导和可视化反馈,使医生能够准确观察和监测电极导线的植入过程,这种可视化增强了手术的安全性和可控性,如有需要,医生可以据此控制手术机器人,在操作中做出更加准确的决策。
继续参见图3,在一些实施例中,所述医疗系统还包括:
电生理采集设备,用于在植入过程中采集所述患者的电生理数据;
所述手术计划设备还用于根据所述患者的电生理数据判断是否需要更新所述规划植入路径;如果需要更新,则对所述患者的规划植入路径进行更新。
电生理采集设备是一种医疗设备,用于采集患者的电生理数据,电生理数据可以包括脑电数据(例如脑电图,EEG)、心电数据(例如心电图,ECG)、肌电数据(例如肌电图,EMG)、眼电数据(例如眼电图,EOG)中的一种或多种。电生理采集设备例如包括传感器、放大器和数据采集系统等组件。
手术计划设备不仅用于根据影像数据确定医疗设备植入点和电极导线植入路径,还可以利用电生理数据来判断是否需要更新植入路径。手术计划设备例如搭载有图像处理算法、路径规划算法和数据分析工具等。
规划植入路径是基于患者的解剖结构和治疗需求确定的,旨在确保电极导线的准确植入和治疗的有效性。当根据电生理数据判断当前规划植入路径不适合时,手术计划设备可以进行更新。更新植入路径是根据实时的电生理数据和分析结果,重新规划和调整电极导线的植入路径,以更好地适应患者的需求。更新后的规划植入路径将会提供给手术机器人和手术导航设备。
举例来说,假设患者在植入过程中使用了电生理采集设备来收集脑电图数据。手术计划设备根据这些数据生成了初始的规划植入路径,以确保电极导线正确放置在目标区域。然而,在植入过程中,电生理数据显示治疗效果需要调整(例如,患者病情未得到控制,或者,计划抑制的脑电波形未得到有效抑制)。根据这些数据,手术计划设备判断需要更新植入路径,并进行相应的调整,以保证治疗的准确性和效果。
由此,电生理采集设备在植入过程中收集患者的电生理数据,可以获取关于患者神经系统功能和活动的信息。在植入过程中,通过对患者的电生理数据进行评估,手术计划设备可以确定是否需要调整植入路径。如果根据电生理数据判断需要更新规划植入路径,手术计划设备将对患者的植入路径进行更新,例如重新规划电极导线的植入位置或调整植入深度并得到新的规划植入路径,由手术机器人根据新的规划植入路径进行手术操作,由手术导航设备根据新的规划植入路径进行路径导航,以确保治疗的准确性和效果。
这样做的好处是,根据患者的电生理数据,手术计划设备可以定制化的调整规划植入路径,以更好地适应患者的病情和治疗需求,提供个体化的治疗方案;通过实时监测和分析患者的电生理数据,手术计划设备可以及时发现并调整植入路径,确保电极导线的准确植入,提高治疗的精确性和效果;最大限度地优化治疗效果,提高患者的疾病管理和康复结果。
继续参见图3,在一些实施例中,所述医疗系统还包括:
医疗设备,用于植入于所述患者的头部,采集所述患者的电生理数据并发送至所述电生理采集设备,以及向所述患者的脑组织递送电刺激。
在一些实施例中,所述医疗设备为刺激发生器或者脉冲发生器。
脑深部电刺激设备是刺激器的其中一种。在脑深部电刺激设备中,除了脉冲发生器之外,还包括电极导线,每个电极导线均可以使用人工或者手术机器人进行植入,在植入过程中,由手术导航设备对医生或者手术机器人进行导航。
参见图4和图5,图4是本申请实施例提供的一种脑深部电刺激设备的结构框图,图5是本申请实施例提供的另一种脑深部电刺激设备的结构框图。
在一些实施例中,所述脑深部电刺激设备包括植入于所述患者的头部的脉冲发生器和至少一个电极导线,所述脉冲发生器与每个电极导线直接连接(如图4所示)。当脉冲发生器和电极导线均植入于患者的头部时,脑深部电刺激设备可以不包括延伸导线,而只包括脉冲发生器和电极导线。
在另一些实施例中,所述脑深部电刺激设备包括植入于所述患者体内的脉冲发生器、至少一个延伸导线和植入于所述患者的头部的至少一个电极导线,所述延伸导线和所述电极导线具有对应关系,所述脉冲发生器通过对应的延伸导线与每个电极导线连接(如图5所示)。
本实施例中,电极导线的数量可以是一个或多个。在设置有延伸导线的实施例中,延伸导线的数量可以是一个或多个。延伸导线和电极导线具有对应关系。延伸导线和电极导线可以是一一对应,每个延伸导线设置于自身对应的电极导线和脉冲发生器之间(如图5所示)。延伸导线和电极导线也可以是一对多,每个延伸导线的其中一端通过转接装置(例如,一分N转接头)连接至自身对应的N个电极导线,每个延伸导线的另一端连接至脉冲发生器(图中未示出)。其中,N是大于1的整数,例如是2、3、4等。
本实施例中,脉冲发生器和电极导线通信连接,二者之间可以直接通信(如图4所示),也可以通过延伸导线实现数据交互(如图5所示)。
本实施例中,电极导线可以植入于患者的目标区域,例如是伏隔核、内囊前肢、尾状核、豆状核、壳核等组织、核团、纤维束等。电极导线的数量例如可以是1、2、3、4、5、6等。每个电极导线的电极触点的数量例如可以是4、6、8、9、10、12、15、18等。当患者的头部植入有多个电极导线时,多个电极导线可以植入于大脑的同一侧半球,也可以分别植入于大脑的两个半球。
本申请实施例中,电极导线可以用于感测单细胞和/或多细胞的电生理活动,以得到单细胞的电生理信号和/或局部场电位。局部场电位(Local Field Potential,LFP)是一类特殊的电生理信号。在生物体内,具有一定体积的生物组织中的树突突触活动会引发电流,当这股电流流经具有一定阻抗的细胞外空间时,就形成了一定的电压分布,在某一点记录到的局部电压值就叫做局部场电位。
由此,使用植入式的脑深部电刺激设备,用于在患者的大脑区域提供电刺激治疗,该脑深部电刺激设备可以采用两种不同的配置方式。
在第一种配置方式下,脉冲发生器与电极导线直接连接。脑深部电刺激设备包括植入于患者头部的脉冲发生器和至少一个电极导线。脉冲发生器直接与每个电极导线连接,通过电极导线将电刺激传递到目标区域。
在第二种配置方式下,脉冲发生器与电极导线通过延伸导线间接连接。脑深部电刺激设备包括植入于患者体内的脉冲发生器、至少一个延伸导线和植入于患者头部的至少一个电极导线。延伸导线与电极导线具有对应关系,例如是一对一或者一对多,脉冲发生器通过延伸导线与每个电极导线相连接,实现电刺激的传递。
这样做的好处是,植入式的脑深部电刺激设备能够提供高度定位的电刺激治疗,通过将电极导线植入患者头部的特定区域,脉冲发生器能够准确地向目标区域传递电刺激信号,实现精确的治疗效果;脑深部电刺激设备的配置方式和参数可以根据患者的具体情况进行调整和个性化,医生可以根据患者的病情和治疗需求,选择适当的配置方式和电刺激参数,以实现最佳的治疗效果;植入式脑深部电刺激设备能够持续向大脑区域提供电刺激治疗,相比非植入式的电刺激设备,植入式设备能够更稳定和持久地提供治疗,对于需要长期治疗的疾病具有显著优势,治疗过程更加方便和连续,提高了患者的舒适度和生活质量。
继续参见图3,在一些实施例中,所述医疗系统还包括:
程控设备,用于向所述医疗设备发送程控指令,所述程控指令用于调节所述脉冲发生器的一个或多个刺激参数。
(计算机可读存储介质)
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其具体实施例与上述方法实施例中记载的实施例、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项方法的步骤或者实现上述任一项手术计划设备的功能。
计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。在本申请实施例中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质还可以是任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等,或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,程序设计语言包括Java、C++、Python、C#、JavaScript、PHP、Ruby、Swift、Go、Kotlin等。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
(计算机程序产品)
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品,其具体实施例与上述方法实施例中记载的实施例、所达到的技术效果一致,部分内容不再赘述。
所述计算机程序产品包括计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现上述任一项方法的步骤或者实现上述任一项手术计划设备的功能。
参见图6,图6是本申请实施例提供的一种计算机程序产品的结构示意图。
所述计算机程序产品用于实现上述任一项方法的步骤或者实现上述任一项手术计划设备的功能。计算机程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码,并可以在终端设备,例如个人电脑上运行。然而,本发明的计算机程序产品不限于此,计算机程序产品可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。
本申请从使用目的上,效能上,进步及新颖性等观点进行阐述,本申请以上的说明书及说明书附图,仅为本申请的较佳实施例而已,并非以此局限本申请,因此,凡一切与本申请构造,装置,特征等近似、雷同的,即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等,皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种手术计划设备,其特征在于,用于将医疗设备植入患者的头部,所述手术计划设备包括存储器和至少一个处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时实现以下步骤:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式从预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
2.根据权利要求1所述的手术计划设备,其特征在于,所述颅骨厚度分布结果采用颅骨厚度分布热图或者颅骨二维等高线图的形式。
3.根据权利要求1所述的手术计划设备,其特征在于,所述三维重建结果还包括颅骨三维模型,所述颅骨三维模型具有相对的颅骨内表面和颅骨外表面,所述厚度筛选条件用于指示所述医疗设备对应的厚度范围;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
根据所述颅骨厚度分布结果,检测所述颅骨外表面上是否存在对应厚度处于所述厚度范围的待测点;
如果存在,则将所述颅骨外表面上对应厚度处于所述厚度范围的一个或多个待测点放入预选点集合;
从所述预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点。
4.根据权利要求1所述的手术计划设备,其特征在于,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
以所述预选点为依据来设置所述设备三维模型,使得所述设备上表面的中心点与所述预选点重合,且使所述设备三维模型的高度方向平行于所述颅骨外表面在所述预选点处的法线、所述设备三维模型的长度方向平行或垂直于所述患者的正中矢状面;
将所述设备上表面投影至所述颅骨外表面,以得到投影结果;
根据所述投影结果,获取所述预选点对应的贴合度。
5.根据权利要求4所述的手术计划设备,其特征在于,所述投影结果包括所述设备上表面的每个点对应的投影点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
计算每个点及其对应的投影点之间的曲率的差值;
计算所述设备上表面的所有点对应的曲率的差值的平方和;
根据所述平方和,获取所述预选点对应的贴合度。
6.根据权利要求4所述的手术计划设备,其特征在于,所述投影结果包括所述颅骨上表面的投影图像;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
根据所述设备上表面的每个点的曲率,生成所述设备上表面对应的第一颜色映射图像;
根据所述颅骨外表面的每个待测点的曲率,生成所述颅骨外表面对应的第二颜色映射图像,所述第二颜色映射图像和所述第一颜色映射图像采用相同的颜色映射规则;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取所述预选点对应的贴合度:
从所述第二颜色映射图像中截取得到所述投影图像对应的第三颜色映射图像;
计算所述第一颜色映射图像与所述第三颜色映射图像的相似度;
根据所述相似度,获取所述预选点对应的贴合度。
7.根据权利要求1所述的手术计划设备,其特征在于,所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时还实现以下步骤:
规划得到电极导线的规划植入路径。
8.一种手术计划方法,其特征在于,用于将医疗设备植入患者的头部,所述方法包括:
获取所述患者的颅骨的医疗影像数据;
根据所述医疗影像数据,对所述患者的颅骨进行三维重建,以得到三维重建结果,所述三维重建结果包括颅骨厚度分布结果;
根据所述颅骨厚度分布结果和预设的厚度筛选条件,获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
至少一个处理器被配置成执行计算机程序时采用以下方式从预选点集合中确定其中一个预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点:
获取所述医疗设备的设备三维模型,所述设备三维模型具有相对的设备上表面和设备下表面;
获取每个预选点对应的所述设备上表面和颅骨外表面的贴合度;
根据每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度,将贴合度最高的预选点作为所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
所述至少一个处理器被配置成执行所述计算机程序时采用以下方式获取每个预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度:
根据所述设备上表面在自身中心点的曲率与所述颅骨外表面在所述预选点的曲率,确定所述预选点对应的所述设备上表面和所述颅骨外表面的贴合度。
9.一种医疗系统,其特征在于,所述医疗系统包括:
手术计划设备,用于规划得到电极导线的规划植入路径,并采用权利要求8所述的方法获取所述医疗设备在所述患者的颅骨上的植入点;
手术机器人,用于根据所述规划植入路径,将所述电极导线植入所述患者的头部;
手术导航设备,用于对所述电极导线的植入过程进行路径导航,以使所述电极导线的实际植入路径与所述规划植入路径相匹配。
10.根据权利要求9所述的医疗系统,其特征在于,所述医疗系统还包括:
电生理采集设备,用于在植入过程中采集所述患者的电生理数据;
所述手术计划设备还用于根据所述患者的电生理数据判断是否需要更新所述规划植入路径;如果需要更新,则对所述患者的规划植入路径进行更新。
11.根据权利要求10所述的医疗系统,其特征在于,所述医疗系统还包括:
医疗设备,用于植入于所述患者的头部,采集所述患者的电生理数据并发送至所述电生理采集设备,以及向所述患者的脑组织递送电刺激。
12.根据权利要求11所述的医疗系统,其特征在于,所述医疗设备为脉冲发生器。
13.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述手术计划设备的功能或者实现权利要求8所述方法的步骤。
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