一种人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置及其实施方法与流程

本发明涉及人工耳蜗钻孔手术技术领域，具体涉及一种人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置及其实施方法。

背景技术：

人工耳蜗是一种电子装置，由体外言语处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电机系统直接兴奋听神经来恢复、提高及重建聋人的听觉功能。人工耳蜗是目前最成功的生物医学工程装置，人工耳蜗植入手术已经作为治疗中度至全度全聋的常规方法，不仅能普遍适用正常耳蜗，甚至对于一些畸形的耳蜗也具有很好的治疗效果。

人工耳蜗电极植入是精巧、复杂的手术，特别是传统的电极植入手术对于医生的经验及操作能力要求极高。近年来，人工耳蜗的植入手术方式有了明显的进步，进一步的提出了微创人工耳蜗钻孔手术。传统的人工耳蜗植入手术是通过打开乳突表面暴露植入圆窗的方式来制造电极植入通道，而人工耳蜗钻孔手术是从人体的颞骨上直接钻取一条直达耳蜗鼓阶的通道。使用人工耳蜗钻孔手术可以更好的保护术后患者的残余听力。

由于人工耳蜗钻孔手术的要求，需要得出一条从颞骨外到耳蜗鼓阶的通路，又由于在这条通路中存在比较重要的神经组织结构如面神经、鼓索等，因此需要对患者的颞骨进行标定来得到患者的耳内的结构视图。手术中外科医生需要对病人的颞骨上注册标记点来实现外部结构的可视化，基本的做法是将乳突表面掀开，并植入至少四个钛钉，深浅各两个，通过高精度ct扫描注册之后的颞骨数据，得到钛钉和中耳内组织结构的相对位置，在手术中只需判断钛钉的位置，就可以得到耳内的组织结构的空间位置。

在进行人工耳蜗钻孔手术时，需要先判断钻孔点的初始位置即钻孔角度，这是通过高精度ct重建之后的图像使用计算机判断通过面隐窝的路径然后再直线映射到标定点(钛钉)平面来决定的。外科医生再通过计算得到的钻孔初始点与钛钉的相对位置，通过可以看得见的钛钉来进行通道的钻取。由于骨钛钉标定的技术难度和每次标定的随机性，会造成两方面的影响：一、钛钉标志空间位置太过单一，深度信息不能很好的反馈，计算出现误差使得钻孔路径迫害其他组织结构；二、过多的标定点会对颞骨不可避免的造成二次损伤。

如何准确的对颞骨上的标定点进行注册和减少标定时带来的二次伤害并且精准计算标志物与钻孔起始点的计算方式至关重要。现有医疗手段在进行人工耳蜗钻孔手术时，定位注册准备阶段都是使用钛钉来当作标志物，需要再深浅不一组织上进行种植标记点，对颞骨的伤害较大。现有的人工耳蜗钻孔手术定位时，通过钛钉来进行钻孔初始点的计算，没有对初始点精准的量化。

因此，需要对现有技术进行改进。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够精准的计算植入点的空间位置及角度且可以减少颞骨伤害的人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置及其实施方法。

本发明的技术方案为：

一种人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置包括外圆环、内圆环和钛球，所述内圆环套接于外圆环内，若干个钛球周向分布于外圆环的外圆；

外圆环和内圆环，作用在于视觉注册过程中，颜色信息是最容易得到的一个特征，由于外圆环与内圆环形成的颜色差异，很容易通过图像得到内圆环的圆心坐标，通过圆心的坐标与人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的尺寸及内圆环上的第一尖端、第二尖端和第三尖端，通过内圆环上的标记点来计算植入点的位置。

作为优选：所述外圆环沿圆周表面设置若干个圆孔；

所述钛球的球形表面固定联接一圆柱，所述圆柱套接于外圆环圆周表面的圆孔中；

钛球，作用在于代替传统植入手术中的钛钉的作用，在ct扫描重建中起到标志物的作用，且钛球数量相较于种植的钛钉更多，能更加准确计算得到的钻孔数据。

作为优选：5个钛球周向分布于外圆环的外圆，上半周均匀分布4个钛球，下半周中间位置设置1个钛球；

5个钛球，作用在于5个钛球的分布形成多侧半周和少侧半周，少侧半周的钛球正对于第一尖端，其余的钛球与第二尖端和第三尖端相隔30°分布，有利于在视觉图像处理进行定位时，通过钛球的密集程度找到数量少的一侧半周，并且更快的寻找到第一尖端的位置。

作为优选：所述外圆环侧面圆周方向均匀设置3个固定孔；

固定孔，作用在于实现人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的易安装性，只需要三个创口就可以将人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置固定在颞骨上，从而减少手术过程中对颞骨的损伤。

作为优选：所述外圆环的正侧面的内圆表面设置凹槽。

作为优选：所述凹槽沿外圆环轴线方向的长度小于外圆环两侧面之间的厚度。

所述内圆环的正侧面的外表面设置与所述凹槽尺寸对应相等的凸台；

所述凸台装入凹槽内；

凸台和凹槽，作用在于防止外圆环与内圆环绕其轴线间的相对转动，防止外圆环与内圆环沿轴线方向的相对滑动；

所述外圆环的两侧平面与内圆环的两侧平面平齐。

作为优选：所述内圆环的内表面沿圆周方向均匀分布第一尖端、第二尖端和第三尖端。

作为优选：所述第一尖端、第二尖端和第三尖端的尖端朝向于内圆环的轴线；

所述第一尖端在圆周方向与下半周中间位置设置的1个钛球相对应。

作为优选：所述第一尖端、第二尖端和第三尖端位置处分别设置一通孔；

第一尖端、第二尖端和第三尖端位置处分别设置一通孔，作用在于在图像识别过程中确定第一尖端、第二尖端和第三尖端的相对位置比较难，在第一尖端、第二尖端和第三尖端位置处分别设置一通孔，通孔在图像上的辨识度更加高、更加直观，在图像处理中通过得到通孔的位置来得到第一尖端、第二尖端和第三尖端的位置，也可以使用圆孔与钛球的位置来计算计算图像中第一尖端、第二尖端和第三尖端位置的误差。

一种人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的实施方法是按以下步骤进行：

步骤一，将人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的具有凹槽和凸槽的正侧面面向颞骨，使用钛钉把人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置固定在颞骨上；

步骤二，进行颞骨的视觉注册，由可见标志物的位置去计算出人眼不可见的中耳内的组织的相对位置；

颞骨带着人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置进行高精度的ct扫描；

步骤三，通过医学重建软件重建ct扫描信息，以钛球为标志物，得到耳内各组织之间的相对位置关系以及与钛球之间的相对位置关系；

步骤四，根据人工耳蜗钻孔手术的空间要求，在ct重建图像中规划出一条通过面隐窝满足钻孔空间和安全性的钻孔通道，并且确定钻孔通道与人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的手术中外侧面的交点，作为钻孔初始点的位置；

步骤五，手术机器人定义矢量起始点，通过人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置上的第一尖端、第二尖端位置记录钻孔初始点pd的位置矢量，其计算公式是：

b＝c′+h公式3

pd＝p1+b公式4

其中，b：连接p1和pd点的矢量；h：通过pd点的与p1p2的三角形pdp1p2的高的矢量；c′：连接p1和h垂足的矢量；α：连接p2和pd点的矢量；c：连接p1和p2点的矢量；s：三角形pdp1p2的半周长；pd：钻孔初始点的位置矢量；p1：第一尖端的一侧面顶点的位置矢量；p2：第二尖端的与p1点同一侧面顶点的位置矢量；

通过人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置上的第一尖端、第二尖端位置记录钻孔初始点pd的位置，作用在于ct重建图像中第一尖端、第二尖端和第三尖端的位置不可见，而在手术机器人手术中手术机器人使用图像处理可以准确检测到第一尖端、第二尖端和第三尖端，并按第一尖端、第二尖端和第三尖端的位置坐标来进行手术，由此需要先记录钻孔初始点pd与第一尖端、第二尖端和第三尖端的关系。

公式4是要通过p1和b来求得pd的矢量坐标，但是图像中得到的pd是视觉上的坐标，它可能是任意方向采集的，只能得到pd与p1之间的绝对距离，就是b的模，但是得不到b的方向，需要使用公式3来计算b的矢量，公式3里面的c’和h在人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置中又只有方向，所以需要公式1和公式2来计算它们的模；

三角形pdp1p2的高度，即h的长度，可以通过heron公式和用于通过三角形高度计算三角形面积的公式进行组合计算；

在ct重建的模型中，可以轻易的得出b的距离，但是它的方向未知，通过向量c’和h的和计算得出b矢量；

p1和p2两个尖端和pd形成一个三角形，通过将p1的位置矢量和b矢量相加来计算pd的位置矢量；

步骤六，手术机器人使用图像处理检测到内圆环的结构，在内圆环上找到第一尖端、第二尖端和第三尖端的位置并确定出p1的位置，使用步骤五计算出的钻孔初始点pd的位置矢量数据并矩阵转换，钻头运行至钻孔初始点的位置，按钻孔通道方向进行手术。

本发明一种人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置及其实施方法的技术优势为：实现在很小的创面上提供较多的参考标记点，减少颞骨伤害，精准的计算植入点的空间位置及角度，保证精度的同时还减少了二次损伤。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明装置的主视图；

图2是本发明装置的立体图；

图3是本发明装置的爆炸示意图；

图4是本发明装置的钻孔初始点计算示意图；

图中：外圆环10；凹槽11；固定孔12；内圆环20，钛球30；第一尖端41；第二尖端42；第三尖端43；凸台44。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1至图4所示，本发明提供的人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置及其实施方法，

包括外圆环10、内圆环20和钛球30，所述内圆环20套接于外圆环10内，若干个钛球30周向分布于外圆环10的外圆。

外圆环10沿圆周表面设置若干个圆孔；

钛球30的球形表面固定联接一圆柱，所述圆柱套接于外圆环10圆周表面的圆孔中。

5个钛球30周向分布于外圆环10的外圆，上半周均匀分布4个钛球30，下半周中间位置设置1个钛球30。

外圆环10侧面圆周方向均匀设置3个固定孔12。

外圆环10的正侧面的内圆表面设置凹槽11。

凹槽11沿外圆环10轴线方向的长度小于外圆环10两侧面之间的厚度；

所述内圆环20的正侧面的外表面设置与所述凹槽11尺寸对应相等的凸台44；

所述凸台44装入凹槽11内；

所述外圆环10的两侧平面与内圆环20的两侧平面平齐。

内圆环20的内表面沿圆周方向均匀分布第一尖端41、第二尖端42和第三尖端43。

第一尖端41、第二尖端42和第三尖端43的尖端朝向于内圆环20的轴线；

所述第一尖端41在圆周方向与下半周中间位置设置的1个钛球30相对应。

第一尖端41、第二尖端42和第三尖端43位置处分别设置一通孔。

人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的实施方法是按以下步骤进行：

步骤一，将人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的具有凹槽11和凸槽44的正侧面面向颞骨，使用钛钉把人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置固定在颞骨上；

步骤二，进行颞骨的视觉注册，颞骨带着人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置进行高精度的ct扫描；

步骤三，通过医学重建软件重建ct扫描信息，以钛球30为标志物，得到耳内各组织之间的相对位置关系以及与钛球30之间的相对位置关系；

步骤四，根据人工耳蜗钻孔手术的空间要求，在ct重建图像中规划出一条通过面隐窝满足钻孔空间和安全性的钻孔通道，并且确定钻孔通道与人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置的手术中外侧面的交点，作为钻孔初始点的位置；

步骤五，手术机器人定义矢量起始点，通过人工耳蜗钻孔手术辅助定位装置上的第一尖端41、第二尖端42位置记录钻孔初始点pd的位置矢量，其计算公式是：

b＝c′+h公式3

pd＝p1+b公式4

其中，b：连接p1和pd点的矢量；h：通过pd点的与p1p2的三角形pdp1p2的高的矢量；c′：连接p1和h垂足的矢量；α：连接p2和pd点的矢量；c：连接p1和p2点的矢量；s：三角形pdp1p2的半周长；pd：钻孔初始点的位置矢量；p1：第一尖端41的一侧面顶点的位置矢量；p2：第二尖端42的与p1点同一侧面顶点的位置矢量；

步骤六，手术机器人使用图像处理检测到内圆环20的结构，在内圆环20找到第一尖端41、第二尖端42和第三尖端43的位置并确定出p1的位置，使用步骤五计算出的钻孔初始点pd的位置矢量数据，钻头运行至钻孔初始点的位置，按钻孔通道方向进行手术。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。