技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其是一种弧形轨迹植入颅内电极的方法及装置。
背景技术
脑深部电刺激术指通过影像学（CT、MRI）定位和立体定向装置引导，将微电极置入颅内的特定靶点，治疗中枢神经系统病症的功能神经外科手术。目前国内外的立体定向仪，均为弓型定位仪，原理为球心法。使用步骤为：首先，以立体定向头架作为影像定位的参照标记，将大脑置于一个三维空间，测量出目标靶点的笛卡尔坐标（X,Y,Z）。其次，通过调节立体定向仪上的X、Y、Z臂，使定向仪上弧形弓的圆心与目标靶点重合。最后，将弓型定向仪安装在框架上，从弧形弓上任一点，以与弧形切线呈垂直的方向置入电极，均可通过预定球心，完成目标靶点的电极埋置术。该定位系统有着准确、简便的优势，在立体定向神经外科手术中起到了重要的作用。
但目前的立体定向仪只能将电极置入到单一目标靶点，逐渐无法满足临床需要。基于当前大量的临床研究，双靶点的脑深部电刺激效果趋向优于单一靶点的刺激效果。比如：丘脑底核和苍白球内侧的帕金森病的中线症状效果不佳，对于中线症状为主的患者，使用脑桥核和丘脑底核联合电刺激可以达到更好的效果。对于此类情况，使用目前的定位系统，只能是在手术过程中对多个核团分别置入多个电极。但考虑到颅内电极的价格昂贵，多次的颅内电极置入过程中对脑组织产生一定的损伤，如何能够让单一电极经过多个颅内目标靶点，有重要的临床价值。目前还没有针对单一电极刺激多个靶点的方法和立体定向装置。
发明内容
本发明提出一种弧形轨迹植入颅内电极的方法及装置，提供了以单电极刺激多个靶点的穿刺方法和定向装置。
本发明采用以下技术方案。
一种弧形轨迹植入颅内电极的方法及装置，用于在颅内实现单电极经过多个颅内目标靶点的穿刺轨迹，其特征在于：所述植入颅内电极方法使用弧度固定的弧形穿刺套管向颅内引入电极，所述弧形穿刺套管经弧度固定的弧形引导套管引导实现穿刺定位，所述弧形引导套管被固定于定位具上，所述定位具上设有定位框架和位置可调的定位点，所述定位点上设有固定件，当弧形引导套管穿过定位点且被固定件固定时，弧形引导套管完成定位；当所述弧形引导套管定位时，弧形引导套管的弧形所在圆的圆周经过颅内的多个目标靶点。
所述定位具包括定位框架、垂直板滑块、垂直板、转接水平板、定位柱、偏转角度测量盘和若干定位杆，所述垂直板成对设置，垂直板以垂直板滑块滑置于定位框架两侧边滑槽处前后滑移，垂直板插置于垂直板滑块的竖向滑槽内上下滑移；所述转接水平板以水平板滑块的滑槽置于垂直板处升降，所述定位柱底部设有置于转接水平板上的定位柱滑块，所述定位柱滑块上设有用于固定偏转角度测量盘的定位销，所述偏转角度测量盘穿置于定位柱上并被定位销固定；所述定位柱上均匀排列设置位于同一垂直面上的若干定位通孔，所述若干定位杆穿置于定位通孔内，定位杆的末端设有定位点，定位点上设有用于固定弧形引导套管的定位环，所述垂直板滑块、水平板滑块、定位柱滑块上均设有滑移锁定装置。
所述弧形引导套管的弧形所在圆位于垂直方向上。
依托定位具建立笛卡尔坐标系时，笛卡尔坐标系的X轴建立在转接水平板上，转接水平板上有X轴刻度尺，定位柱滑块处设有X轴定位标记用于X轴读数；定位杆设有偏转角标记用于定位杆的偏转角度读数；Y轴建立在定位框架侧边处，定位框架侧边有Y轴刻度尺，垂直板滑块内侧有Y轴定位标记用于Y轴读数；Z轴建立在垂直板上，以垂直板中央的零点刻度为Z轴原点，向上下两端排列刻度尺，其中向下的刻度尺为Z轴刻度尺，垂直板滑块外侧设有Z轴定位标记用于Z轴读数。
所述定位具的定位点数量为二，所述定位具定位点的坐标定位依次分为以下步骤。
A1、在颅部周沿水平安装定位框架，进行颅部CT、MRI检查以确定两个位于颅内同一垂直平面的目标靶点，依托定位具建立笛卡尔坐标系，分别测量出位于颅内深位的第一靶点和颅内浅位的第二靶点的坐标，设笛卡尔坐标系内第一靶点的坐标为（X1，Y1，Z1）而第二靶点的坐标为（X2，Y2，Z2）；第一靶点和第二靶点所在的垂直平面为引导平面，以第一靶点、第二靶点在笛卡尔坐标系的XY平面内的坐标计算引导平面与笛卡尔坐标系的YZ平面之间的偏转角度值S；在引导平面以第一靶点为原点建立二维的引导坐标系，所述引导坐标系的Y轴与笛卡尔坐标系的Z轴平行，以此计算出第二靶点在引导坐标系上的坐标（X3，Y3）。
A2、选择半径合适的弧形引导套管和弧形穿刺套管，设弧形引导套管和弧形穿刺套管的半径为r，则在引导坐标系内，以r为半径且经过第一靶点和第二靶点的圆即为电极穿刺轨迹，计算电极穿刺轨迹的圆心（X4，Y4），得出电极穿刺轨迹的表示方程。
A3、选取定位柱上用于固定弧形引导套管的两根定位杆，把定位杆在引导坐标系内的两个Y轴坐标Ya和Yb代入电极穿刺轨迹的方程来求解定位坐标，得出在引导坐标系内位于电极穿刺轨迹上与Ya、Yb对应的X轴坐标Xa、Xb。
A4、调整定位杆上的两个定位点位置，使两个定位点到达定位坐标，定位坐标在引导坐标系上的坐标为（Xa，Ya）和（Xb，Yb）。
当通过excel表格公式计算引导平面与笛卡尔坐标系的YZ平面之间的偏转角度值S时，excel表格公式为S=IF(X2>X1,1,-1)*ACOS(ABS(Y1-Y2)/SQRT((X1-X2)^2+(X1-X2)^2))/PI()*180；
当通过excel表格公式计算第二靶点在引导坐标系上的坐标时，excel表格公式为X3=IF(Y2<Y1,1,-1)*SQRT((X1-X2)^2+(Y1-Y2)^2) Y3=Z1-Z2；
当通过excel表格公式计算电极穿刺轨迹的圆心在引导坐标系上的坐标时，excel表格公式为X4=Y3^2/(2*X3)+O3/2-Y3*Y4/X3 Y4=((X3^2*Y3+Y3^3)/X3^2+SQRT(((X3^2*Y3+Y3^3)/X3^2)^2-4*((Y3/X3)^2+1)*S3))/(2*((Y3/X3)^2+1))；
电极穿刺轨迹的表示方程为（X-X4)^2+（Y-Y4)^2=r^2；
通过excel表格公式向表示方程内代入Ya、Yb计算Xa、Xb的excel表格公式为Xa=X4+SQRT(r^2-(Y4-Ya)^2) Xb=X4+SQRT(r^2-(Y4-Yb)^2)。
所述弧形引导套管按尺寸分为多个规格，各规格的弧形引导套管的弧度半径不同，各规格的弧形引导套管的管内径、管外径和管长均相同，各规格的弧形引导套管的管长均小于弧形穿刺套管；各规格的弧形引导套管的管外径与定位点的定位环内径匹配。
所述弧形穿刺套管按尺寸分为多个规格，各规格的弧形穿刺套管的弧度半径不同，各规格的弧形穿刺套管的管内径、管外径和管长均相同，各规格的弧形穿刺套管的管外径与弧形定位套管的管内径相匹配；弧形穿刺套管内置一条穿刺套管芯，所述穿刺套管芯的一端设有护手和手柄，穿刺套管芯的另一端显置于弧形穿刺套管的末端管口处，弧形穿刺套管的末端管口为与第一靶点对应的第一刺激位，弧形穿刺套管的侧壁设有一侧壁口，该侧壁口为与第二靶点对应的第二刺激位；弧形穿刺套管的外壁表面上标记有刻度尺用以观测置入长度。
向颅内植入电极时依次分为以下步骤。
B1、先将定位柱插入偏转角度测量盘，把两根定位杆装于定位柱上，旋转定位杆使定位杆上的偏转角标记到达偏转角度测量盘上的偏转角度值S；调整定位柱滑块使X轴定位标记到达X轴刻度尺的X1值处，调整垂直板滑块使Y轴定位标记到达Y轴刻度尺的Y1值处，调整水平板滑块使Z轴定位标记到达Z轴刻度尺的Z1值处，锁定垂直板滑块、水平板滑块和定位柱滑块，完成定位柱的定位且使定位杆位于引导平面内，调整两根定位杆在定位柱上的位置，使两根定位杆末端定位点到达定位坐标；
B2、选取弧形延伸时能贯通两个定位点的弧形引导套管，在定位环上固定弧形引导套管，弧形引导套管作为引导轨道使用无须进入颅内；
B3、设弧形穿刺套管上第一刺激位、第二刺激位的间距为L1，设颅内第一靶点、第二靶点的间距为L2，选取弧度与弧形引导套管匹配，且L1＝L2的弧形穿刺套管，在弧形引导套管内插入弧形穿刺套管，弧形穿刺套管在弧形引导套管的引导下插入颅内，穿过第二靶点后继续深入，直至弧形穿刺套管的末端到达第一靶点，此时第一刺激位位于第一靶点处，第二刺激位位于第二靶点处；
B4、取出穿刺套管芯，使弧形穿刺套管内腔空置；
B5、在空置的弧形穿刺套管内腔中植入电极，电极在弧形穿刺套管管腔的约束下进入颅内，直至电极末端到达弧形穿刺套管的出口处，此时电极本体处于弧形穿刺套管管腔的约束和保护下，电极本体经弧形穿刺套管的末端开口和侧壁口分别与第一靶点和第二靶点接触。
本发明根据弧形穿刺轨迹所在圆同时路经颅内和颅外的特点，在颅外建立弧形定位点，同时采用弧形的穿刺套管来限定穿刺弧度，从而建立起定位点、定位弧度相配合的弧形穿刺定位方法，定位准确，只需要在影像学图像上测定需要埋置颅内电极的两个靶点的坐标，并根据操作者的判断选择合适的穿刺套管，就可以通过公式计算出通过两个靶点所需的“电极轨道”，以及建立“电极轨道”所需的立体定向装置的调整值，在立体定向装置辅助下实现单电极双靶点颅内电极埋置。与已有技术相比，本发明填补了无法用单电极实现多靶点刺激的空白，且过程简便、定位准确。
本发明在建立笛卡尔坐标系时，Z轴建立在垂直板上，以垂直板中央的零点刻度为Z轴原点，向上下两端排列刻度尺，其中向下的刻度尺为Z轴刻度尺，垂直板滑块外侧设有Z轴定位标记用于Z轴读数；这样在操作时，Z轴方向上对第一、二靶点的坐标定位事实上是在Z轴原点所在平面为对称面的相反方向上进行，例如增加坐标Z轴向深度值的定位操作为向上升起垂直板，该设计提供了颅内靶点的颅外镜像建立结构，即颅内靶点以Z轴原点所在平面为对称的对称点能位于颅外，在颅外，第一靶点的对称点位于低位而第二靶点的对称点位于高位，由于穿刺轨迹圆以Z轴原点所在平面为对称，第一靶点、第一靶点的对称点、第二靶点、第二靶点的对称点均位于穿刺轨迹上，因此计算时直接以对称点进行计算即可，简化了计算工作量，提升工作效率。
本发明中，垂直板插置于垂直板滑块的竖向滑槽内上下滑移；所述转接水平板以水平板滑块的滑槽置于垂直板处升降；该设计在竖向上设置了两套滑移方式，使之能与本发明所述双坐标定位方法配合，易于理解和操作。
本发明采用定位点可变的定位固定结构与弧度不变的弧形引导套管两者组合实现定位，从而简化了计算工作量，其建模计算方式也更贴近临床，便于实施。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明所述定位具的整体结构示意图；
附图2是本发明定位柱、定位杆、偏转角度测量盘三者装配示意图；
附图3是本发明定位柱、定位杆、偏转角度测量盘三者装配剖面图；
附图4是本发明弧形引导套管的示意图；
附图5是本发明弧形穿刺套管的示意图；
附图6是本发明穿刺套管芯的示意图；
附图7是本发明弧形引导套管、弧形穿刺套管和穿刺套管芯的装配示意图；
附图8是本发明定位柱的示意图；
图中：1-定位框架；2-垂直板滑块；3-垂直板；4-转接水平板；5-定位柱；6-定位杆；18-偏转角度测量盘；20-定位通孔；25-弧形引导套管；26-弧形穿刺套管；27-穿刺套管芯；28-护手；29-手柄；101-定位点；102-定位柱滑块；103-水平板滑块；104-定位销。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种弧形轨迹植入颅内电极的方法及装置，用于在颅内实现单电极经过多个颅内目标靶点的穿刺轨迹，所述植入颅内电极方法使用弧度固定的弧形穿刺套管向颅内引入电极，所述弧形穿刺套管经弧度固定的弧形引导套管引导实现穿刺定位，所述弧形引导套管被固定于定位具上，所述定位具上设有定位框架1和位置可调的定位点101，所述定位点101上设有固定件，当弧形引导套管25穿过定位点101且被固定件固定时，弧形引导套管25完成定位；当所述弧形引导套管25定位时，弧形引导套管25的弧形所在圆的圆周经过颅内的多个目标靶点。
所述定位具包括定位框架1、垂直板滑块2、垂直板3、转接水平板4、定位柱5、偏转角度测量盘18和若干定位杆6，所述垂直板3成对设置，垂直板3以垂直板滑块2滑置于定位框架1两侧边滑槽处前后滑移，垂直板3插置于垂直板滑块2的竖向滑槽内上下滑移；所述转接水平板4以水平板滑块103的滑槽置于垂直板3处升降，所述定位柱5底部设有置于转接水平板4上的定位柱滑块102，所述定位柱滑块102上设有用于固定偏转角度测量盘18的定位销104，所述偏转角度测量盘18穿置于定位柱5上并被定位销104固定；所述定位柱5上均匀排列设置位于同一垂直面上的若干定位通孔20，所述若干定位杆6穿置于定位通孔20内，定位杆6的末端设有定位点101，定位点101上设有用于固定弧形引导套管的定位环，所述垂直板滑块2、水平板滑块103、定位柱滑块102上均设有滑移锁定装置。
所述弧形引导套管25的弧形所在圆位于垂直方向上。
依托定位具建立笛卡尔坐标系时，笛卡尔坐标系的X轴建立在转接水平板4上，转接水平板4上有X轴刻度尺，定位柱滑块102处设有X轴定位标记用于X轴读数；定位杆6设有偏转角标记用于定位杆6的偏转角度读数；Y轴建立在定位框架1侧边处，定位框架1侧边有Y轴刻度尺，垂直板滑块2内侧有Y轴定位标记用于Y轴读数；Z轴建立在垂直板3上，以垂直板3中央的零点刻度为Z轴原点，向上下两端排列刻度尺，其中向下的刻度尺为Z轴刻度尺，垂直板滑块外侧设有Z轴定位标记用于Z轴读数。
所述定位具的定位点数量为二，所述定位具定位点的坐标定位依次分为以下步骤。
A1、在颅部周沿水平安装定位框架，进行颅部CT、MRI检查以确定两个位于颅内同一垂直平面的目标靶点，依托定位具建立笛卡尔坐标系，分别测量出位于颅内深位的第一靶点和颅内浅位的第二靶点的坐标，设笛卡尔坐标系内第一靶点的坐标为（X1，Y1，Z1）而第二靶点的坐标为（X2，Y2，Z2）；第一靶点和第二靶点所在的垂直平面为引导平面，以第一靶点、第二靶点在笛卡尔坐标系的XY平面内的坐标计算引导平面与笛卡尔坐标系的YZ平面之间的偏转角度值S；在引导平面以第一靶点为原点建立二维的引导坐标系，所述引导坐标系的Y轴与笛卡尔坐标系的Z轴平行，以此计算出第二靶点在引导坐标系上的坐标（X3，Y3）。
A2、选择半径合适的弧形引导套管和弧形穿刺套管，设弧形引导套管和弧形穿刺套管的半径为r，则在引导坐标系内，以r为半径且经过第一靶点和第二靶点的圆即为电极穿刺轨迹，计算电极穿刺轨迹的圆心（X4，Y4），得出电极穿刺轨迹的表示方程。
A3、选取定位柱上用于固定弧形引导套管的两根定位杆，把定位杆在引导坐标系内的两个Y轴坐标Ya和Yb代入电极穿刺轨迹的方程来求解定位坐标，得出在引导坐标系内位于电极穿刺轨迹上与Ya、Yb对应的X轴坐标Xa、Xb。
A4、调整定位杆上的两个定位点位置，使两个定位点到达定位坐标，定位坐标在引导坐标系上的坐标为（Xa，Ya）和（Xb，Yb）。
当通过excel表格公式计算引导平面与笛卡尔坐标系的YZ平面之间的偏转角度值S时，excel表格公式为S=IF(X2>X1,1,-1)*ACOS(ABS(Y1-Y2)/SQRT((X1-X2)^2+(X1-X2)^2))/PI()*180；
当通过excel表格公式计算第二靶点在引导坐标系上的坐标时，excel表格公式为X3=IF(Y2<Y1,1,-1)*SQRT((X1-X2)^2+(Y1-Y2)^2) Y3=Z1-Z2；
当通过excel表格公式计算电极穿刺轨迹的圆心在引导坐标系上的坐标时，excel表格公式为X4=Y3^2/(2*X3)+O3/2-Y3*Y4/X3 Y4=((X3^2*Y3+Y3^3)/X3^2+SQRT(((X3^2*Y3+Y3^3)/X3^2)^2-4*((Y3/X3)^2+1)*S3))/(2*((Y3/X3)^2+1))；
电极穿刺轨迹的表示方程为（X-X4)^2+（Y-Y4)^2=r^2；
通过excel表格公式向表示方程内代入Ya、Yb计算Xa、Xb的excel表格公式为Xa=X4+SQRT(r^2-(Y4-Ya)^2) Xb=X4+SQRT(r^2-(Y4-Yb)^2)。
所述弧形引导套管25按尺寸分为多个规格，各规格的弧形引导套管25的弧度半径不同，各规格的弧形引导套管的管内径、管外径和管长均相同，各规格的弧形引导套管的管长均小于弧形穿刺套管；各规格的弧形引导套管的管外径与定位点的定位环内径匹配。
所述弧形穿刺套管26按尺寸分为多个规格，各规格的弧形穿刺套管26的弧度半径不同，各规格的弧形穿刺套管26的管内径、管外径和管长均相同，各规格的弧形穿刺套管26的管外径与弧形定位套管25的管内径相匹配；弧形穿刺套管26内置一条穿刺套管芯27，所述穿刺套管芯27的一端设有护手28和手柄29，穿刺套管芯27的另一端显置于弧形穿刺套管26的末端管口处，弧形穿刺套管26的末端管口为与第一靶点对应的第一刺激位，弧形穿刺套管的侧壁设有一侧壁口，该侧壁口为与第二靶点对应的第二刺激位；弧形穿刺套管的外壁表面上标记有刻度尺用以观测置入长度。
向颅内植入电极时依次分为以下步骤。
B1、先将定位柱插入偏转角度测量盘，把两根定位杆装于定位柱上，旋转定位杆使定位杆上的偏转角标记到达偏转角度测量盘上的偏转角度值S；调整定位柱滑块使X轴定位标记到达X轴刻度尺的X1值处，调整垂直板滑块使Y轴定位标记到达Y轴刻度尺的Y1值处，调整水平板滑块使Z轴定位标记到达Z轴刻度尺的Z1值处，锁定垂直板滑块、水平板滑块和定位柱滑块，完成定位柱的定位且使定位杆位于引导平面内，调整两根定位杆在定位柱上的位置，使两根定位杆末端定位点到达定位坐标；
B2、选取弧形延伸时能贯通两个定位点的弧形引导套管，在定位环上固定弧形引导套管，弧形引导套管作为引导轨道使用无须进入颅内；
B3、设弧形穿刺套管上第一刺激位、第二刺激位的间距为L1，设颅内第一靶点、第二靶点的间距为L2，选取弧度与弧形引导套管匹配，且L1＝L2的弧形穿刺套管，在弧形引导套管内插入弧形穿刺套管，弧形穿刺套管在弧形引导套管的引导下插入颅内，穿过第二靶点后继续深入，直至弧形穿刺套管的末端到达第一靶点，此时第一刺激位位于第一靶点处，第二刺激位位于第二靶点处；
B4、取出穿刺套管芯，使弧形穿刺套管内腔空置；
B5、在空置的弧形穿刺套管内腔中植入电极，电极在弧形穿刺套管管腔的约束下进入颅内，直至电极末端到达弧形穿刺套管的出口处，此时电极本体处于弧形穿刺套管管腔的约束和保护下，电极本体经弧形穿刺套管的末端开口和侧壁口分别与第一靶点和第二靶点接触。