基于Bézier曲线建模的TIPS穿刺针弯曲角度算法与三维路径规划研究

针对经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)中穿刺针弯曲角度选择依赖经验、穿刺成功率低的问题，研究人员通过增强CT图像三维重建肝血管结构，结合二阶Bézier曲线和圆弧建模穿刺针，开发了定量计算弯曲角度的算法。结果显示，算法计算角度与临床实测角度差异仅1.06°±1.82°（p<0.001），误差小于3°的临床允许范围，成功实现三维可视化路径规划，为个性化TIPS手术提供了精准导航工具。

　　

论文解读

门静脉高压患者的救命通道——经颈静脉肝内门体分流术(TIPS)，一直是介入放射学领域的"高难度动作"。这项手术需要在错综复杂的肝血管迷宫中，精准搭建一条连接肝静脉与门静脉的"高架桥"。然而，现实操作中医生们常面临一个棘手问题：标准穿刺针的固定弯曲角度难以适应千变万化的血管解剖结构。当穿刺针"拐错弯"，轻则增加穿刺次数延长手术时间，重则导致手术失败——据统计，仅在本研究的32例病例中，就有9例遭遇首次穿刺失败，最长耗时达44.85分钟。

传统解决方案主要依赖医生的"手感经验"，就像蒙着眼睛走迷宫。虽然前人尝试过基于血管相对位置的角度计算，但忽略了至关重要的下腔静脉解剖关系。更令人头疼的是，肝硬化患者的坚硬肝组织、门静脉海绵样变等特殊情况，让穿刺难上加难。正是在这样的临床困境下，川北医学院医学影像学院的研究团队另辟蹊径，将工程学中的Bézier曲线建模技术与医学影像完美结合，开发出一套"导航级"穿刺规划系统。

研究团队采用增强CT图像阈值分割法三维重建肝血管，由介入医师选定穿刺点(IP)和目标点(TP)。创新性地用二阶Bézier曲线（一种平滑参数化曲线）和圆弧两种方式建模穿刺针，通过几何计算发现Bézier曲线模型误差仅0.15cm，显著优于圆弧模型。在Mimics软件中建立穿刺平面后，采用旋转平移算法计算最优弯曲角度α，其蒙特卡洛模拟显示角度计算重复性优异（变异系数2.90%）。临床验证阶段，回顾性分析32例TIPS手术数据，包括2例特殊血管变异病例，证实算法计算角度与实测角度差异仅1.06°±1.82°，在3°误差允许范围内达到统计学等效（p<0.001）。

主要技术方法
研究基于增强CT图像阈值分割三维重建肝血管，采用二阶Bézier曲线建模穿刺针，通过Mimics软件建立穿刺平面坐标系。利用旋转平移算法计算最优弯曲角度，结合蒙特卡洛模拟评估误差。临床验证纳入32例TIPS手术患者数据，包括术前CT、术中DSA和术后影像，测量实际穿刺角度与算法计算结果比对。

研究结果

Successful modeling
穿刺针建模对比显示，二阶Bézier曲线模型的P2点坐标误差（0.15cm）小于圆弧模型（0.19cm），证实前者更适合精确建模。

Error analysis
IP点和TP点坐标测量显示高重复性（误差±0.02cm）。蒙特卡洛模拟得出最优弯曲角度为42.19°±0.64°，变异系数2.90%，32例患者最小门静脉直径0.38cm对应允许误差角3°。

Clinical effect evaluation
32例患者中，算法计算角度与实测角度平均差异1.06°±1.82°（95%CI 0.41-1.72°），效应量0.14。9例初始穿刺失败病例分析显示，3例因角度选择不当导致，验证算法可减少穿刺次数。

讨论与结论
这项研究开创性地将Bézier曲线引入TIPS穿刺规划，其优势在于：一是突破传统仅考虑肝-门静脉关系的局限，整合下腔静脉解剖；二是相比三维路径规划软件，避免额外动脉插管造影，减少辐射和造影剂用量。特别值得注意的是，算法在2例特殊血管变异患者中仍保持1.09°-2.31°的高精度，且能克服门静脉显影不良的难题。

尽管存在呼吸运动影响、穿刺针机械变形等局限，但研究已证实该算法能显著提升穿刺精准度。正如作者Qinmei Liao和Bing Li强调的，这套"几何算法+三维可视化"的组合拳，为TIPS手术提供了标准化解决方案，尤其对肝硬化等复杂病例更具价值。未来通过前瞻性临床对照研究，或将改写TIPS手术指南，让更多门静脉高压患者受益于这项"毫米级"精准医疗技术。