一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置制造方法
一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置。包括根据快速成型等设备加工的模型及引导进钉点、方向和深度的导航模块等。将模块运用于临床实践中，可对一些较为复杂、危险的骨科、脑外科、颌面外科中需要在骨骼中拧入螺钉的手术操作，如：确定颈椎的椎弓根螺钉的进钉点、角度和深度等，进行有效的质量控制。严格按照规定程序进行，手术成功率会大幅提高，降低失误率，减少并发症。具体实施方法如下：预先给病人患处的骨骼行CT扫描，根据扫描取得的信息，进行快速成型的骨骼模型制作。手术大夫在模型上钻孔、测量和进行导航模块的制作。最后将完成的模型、模块消毒后在手术中使用。
【专利说明】一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及医疗领域，特别涉及一种外科手术，包括骨科、脑外科、颁面外科等需要在骨骼中打孔、拧入螺钉的操作。主要是一种手术导航装置，以提高进钉质量。
【背景技术】
[0002]目前，在脊柱外科手术中，椎弓根螺钉内固定技术及临床效果得到了广泛的肯定。但因脊柱骨骼不规则，外形结构复杂，且周围有脊髓、神经及重要血管脏器的存在。打孔、置钉时如有偏差，将导致瘫痪、大出血，甚至死亡等，给患者和家属带来痛苦和经济损失，也因此限制了一些手术的开展和普及。
[0003]目前，临床手术中，置钉的方法主要是手法操作。手术时，进钉的位置和方向是靠目测骨骼解剖标志进行操作的，危险性高，特别是经椎弓根置钉。
[0004]为解决上述问题，一些学者设计了计算机手术导航系统，用于协助置钉操作。其准确性有了大幅度提高，但存在着一些现实问题。如导航仪器价格昂贵，非特大医院难于购买，操作程序较复杂，要经过一段时间的学习、培训。对于一个能够熟练掌握导航仪使用的大夫来说，仍然存在着4.1 %的失败率。
[0005]以上两种螺钉置入的方法中，前者危险性高，后者价格昂贵，都难于普及。现介绍一种手术置钉方法，极容易学习、又操作简单，并能高达计算机导航仪的准确率。对于医院，只要具备CT设备，均可开展。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的:克服【背景技术】之不足，通过设计出一种手术导航装置，在操作简单、容易掌握、手术时间短的前提下，通过确定进钉点、方向及深度从而有效的提高螺钉置入的质量和准确性，更好的增强螺钉的生物力学性能。
[0007]本实用新型所采用具体技术方案是:
[0008]包括:
[0009]1:术前的置钉区模型和导航模块的制备。
[0010]2:软组织剥离和骨面的显露。
[0011]步骤:
[0012]1:术前的置钉区模型和导航模块的准备
[0013]I)模型的制作:
[0014](I)首先，对患者的置钉区进行CT螺旋扫描，层厚要求1.5毫米以内，最好为0.6毫米，其他参数与常规扫描一致，无特殊要求。
[0015](2)将扫描后得到的dicom原始数据输入到计算机内，用相应的医学影像处理软件进行STL文件的改写。在此过程中特别注意阈值的提取，保证制作的模型与器官达到最高的仿真性。
[0016](3)将处理后的STL文件输入到快速成型机内，进行加工。最后生成误差不超过2%的仿真模型。
[0017]*以上三个过程中⑴由CT扫描室的技术员来完成，(2)、(3)由快速成型公司完成。公司的业务员，负责将制作完毕的模型，准时交给手术大夫。
[0018]2)导航模块的制作:
[0019]此过程是由手术大夫完成
[0020](I)手术大夫，应对照原患者CT的三维重建影像，确认模型无失真。
[0021](2)手术大夫，将骨骼模型固定在“模型钻孔器”的工作台面上，在需要制定的位置上钻孔后，插入相应直径的钢棒。
[0022](3)再次检查钢棒位置的正确性。只有确保模型内的钢棒位置正确的前提下，才能使相应骨骼上的螺钉位置得到保障。
[0023](4)测量模型中钢棒的长度，即为选择的螺钉长度。
[0024](5)将模型外的钢棒留有2-3cm的长度，并套上薄壁金属套管，套管的内壁光滑平整，套管直径与钢棒直径相吻合，不松不紧。
[0025](6)将分离剂，涂抹在模块要帖附的模型表面上，待其充分干燥后，再把调好的医用超硬石膏或骨水泥(或者是其它在医疗上允许使用的类同物质)，填充在套管周围。
[0026](7)待超硬石膏或骨水泥完全硬结后，抽出钢棒，将模块与模型分离。这样带有金属套管的模块制作完毕。模块的一个面与模型表面完全吻合。制作过程中，要防止石膏或骨水泥，进入模型裂隙或表面窄内部宽的沟槽中，避免模块与模型分离困难，难于取下。
[0027](8)反复验证模块和模型进钉孔周围的吻合情况，确保吻合面密切接触，用力移动模块时，两者结合良好，无滑动现象。
[0028]2:软组织剥离和骨面的显露:
[0029]将模块消毒后备用，模型可放在台下参考，也可以一起消毒带到台上，使用时更方便。手术过程中，要充分显露模块区域的相应骨面，彻底剥离骨面上的软组织。以此保证模块与骨面的密切吻合。骨面充分显露后，对照模型相应的骨面帖附、吻合模块。模块内套管的孔向，便是骨骼进钉的位置，此时进钉点和方向已经由模块确定。只要将钻头插入金属套管内，按照已经测量的螺钉长度，钻孔即可。此步骤应注意:对于危险区域，打孔时，严禁一步到位。应由浅至深，边进边探，并进行术中影像验证。确认进钉点和方向正确后，才可拧入螺钉，防止意外发生。
[0030]3:其它工作，包括:术前准备、术中麻醉及术后护理与常规手术无区别。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0031]附图1是颈椎骨性结构示意图。
[0032]I)椎体、2)椎动脉孔(横突孔)、3)侧块、4)椎弓根、5)椎管、6)椎板、7)棘突。
[0033]附图2是模型钻孔示意图。
[0034]8)三维工作台、9)颈椎模型、10)钻头、11)椎弓根轴线
[0035]附图3是钢棒插入模型椎弓根钻孔示意图。
[0036]4)椎弓根、12)钢棒
[0037]附图4是钢棒上套入金属套管示意图。
[0038]12)钢棒、13)套管
[0039]附图5是模块制作示意图。
[0040]12)钢棒、13)套管、14)模块
[0041]附图6是与模型分离后附带套管的模块。
[0042]15)模块的骨面吻合面
【具体实施方式】
:
[0043]下面结合附图，对本实用新型的具体实施做详细阐述和说明。
[0044]附图1是颈椎骨性解剖示意图。以下就颈椎右侧椎弓根制作导航模块的过程，详细阐述本实用新型的具体实施程序。
[0045]手术大夫拿到模型后，首先对模型与原CT三维重建影像进行特征比对，确认误差不超过2 %，无失真现象。然后在模型上，用铅笔画出右侧椎弓根的轴线位置11。
[0046]附图2是模型钻孔示意图。将标有椎弓根轴线位置11的模型9，夹放在钻孔器的三维工作台8上，通过三维平移和旋转的调整，使椎弓根轴线11与钻头10轴线重合，并钻孔。
[0047]附图3是模型椎弓根4钻孔示意图。把与钻头10同一直径的钢棒12，插入模型椎弓根4钻孔内，要求插入拔出顺利，又不产生晃动，并注意有无模型崩裂、破损和孔道歪斜现象，确保正确无误。
[0048]附图4是钢棒上套入金属套管示意图。将金属套管13套入钢棒12上，并与模型9接触。要求套管13有一定长度，内壁光滑，直径与钢棒12和钻头10相匹配。套管13外壁要求压花，或焊接金属片(翼片/棍)等，以此增加固定力，并可减少外侧石膏或水泥体积，便于术中置放操作。
[0049]附图5是模块14制作示意图。过程如下:先将分离剂涂抹在需要帖附石膏的区域，再把调好的医用超硬石膏或骨水泥等填充在套管13的周围，下缘应与进钉点周围的模型面9紧密结合，外缘包裹着金属套管13，石膏或骨水泥不可帖附在无分离剂处，不可帖附裂隙内，不可帖附外窄内宽的沟槽内，以防分离困难，应帖附于同一椎骨上，不可贴附进入相邻椎体骨面上，防止术中体位变化时，相邻椎节移动而带来与模块9贴合不佳，影响置钉精度。经过一定时间(约30分钟)，超硬石膏等物质完全硬结后，抽出钢棒12，分离模型9。这样带有金属套管13的模块14制作完毕。
[0050]附图6是附带套管13的模块14。应仔细检查模块14的表面有无裂痕，并反复验证模块14和模型9的吻合情况，确保吻合面15密切接触，用力移动模块14时，两者结合良好，绝无滑动。
[0051]将制作完毕的模块14进行消毒，手术时备用。手术中，要充分显露帖附模块区域的相应骨面，彻底剥离骨面上的软组织。显露完后，对照模型9的相应骨面上帖附、吻合模块14，则模块14上套孔13的孔向便是患者骨骼需要进钉的位置，此时进钉点和方向已经由模块14确定。只要将钻头插入金属套管13内，按照已经测量的螺钉长度，钻孔即可。此步骤应注意对于危险区域不可直接电钻打孔一步到位，应由浅至深逐渐到位，过程中边进边探并由术中影像验证，确认进钉点和方向正确后才可拧入螺钉，防止意外发生。
【权利要求】
1.一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其包括:颈椎模型(9)、钢棒(12)、套管(13)、模块(14)，其特征在于，钢棒(12)插入颈椎模型(9)的椎弓根(4)内，套管(13)套在钢棒(12)外且套管(13)的下缘与颈椎模型(9)的表面相接触，在套管(13)外设有包裹套管(13)的模块(14)，模块(14)的下缘紧密帖附于颈椎模型(9)的表面。
2.根据权利要求1所述的提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其特征在于，所述的模块(14)材料要求为医用超硬石膏。
3.根据权利要求1所述的提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其特征在于，所述的套管(13)材料要求为金属，套管(13)外壁要求压花或焊接金属片。
【文档编号】A61B17/90GK204169920SQ201420252568
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】毛广平, 李德亨, 赵建宁, 李洋, 刘金龙 申请人:中国人民解放军南京军区南京总医院
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置。包括根据快速成型等设备加工的模型及引导进钉点、方向和深度的导航模块等。将模块运用于临床实践中，可对一些较为复杂、危险的骨科、脑外科、颌面外科中需要在骨骼中拧入螺钉的手术操作，如：确定颈椎的椎弓根螺钉的进钉点、角度和深度等，进行有效的质量控制。严格按照规定程序进行，手术成功率会大幅提高，降低失误率，减少并发症。具体实施方法如下：预先给病人患处的骨骼行CT扫描，根据扫描取得的信息，进行快速成型的骨骼模型制作。手术大夫在模型上钻孔、测量和进行导航模块的制作。最后将完成的模型、模块消毒后在手术中使用。
【专利说明】一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及医疗领域，特别涉及一种外科手术，包括骨科、脑外科、颁面外科等需要在骨骼中打孔、拧入螺钉的操作。主要是一种手术导航装置，以提高进钉质量。
【背景技术】
[0002]目前，在脊柱外科手术中，椎弓根螺钉内固定技术及临床效果得到了广泛的肯定。但因脊柱骨骼不规则，外形结构复杂，且周围有脊髓、神经及重要血管脏器的存在。打孔、置钉时如有偏差，将导致瘫痪、大出血，甚至死亡等，给患者和家属带来痛苦和经济损失，也因此限制了一些手术的开展和普及。
[0003]目前，临床手术中，置钉的方法主要是手法操作。手术时，进钉的位置和方向是靠目测骨骼解剖标志进行操作的，危险性高，特别是经椎弓根置钉。
[0004]为解决上述问题，一些学者设计了计算机手术导航系统，用于协助置钉操作。其准确性有了大幅度提高，但存在着一些现实问题。如导航仪器价格昂贵，非特大医院难于购买，操作程序较复杂，要经过一段时间的学习、培训。对于一个能够熟练掌握导航仪使用的大夫来说，仍然存在着4.1 %的失败率。
[0005]以上两种螺钉置入的方法中，前者危险性高，后者价格昂贵，都难于普及。现介绍一种手术置钉方法，极容易学习、又操作简单，并能高达计算机导航仪的准确率。对于医院，只要具备CT设备，均可开展。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的:克服【背景技术】之不足，通过设计出一种手术导航装置，在操作简单、容易掌握、手术时间短的前提下，通过确定进钉点、方向及深度从而有效的提高螺钉置入的质量和准确性，更好的增强螺钉的生物力学性能。
[0007]本实用新型所采用具体技术方案是:
[0008]包括:
[0009]1:术前的置钉区模型和导航模块的制备。
[0010]2:软组织剥离和骨面的显露。
[0011]步骤:
[0012]1:术前的置钉区模型和导航模块的准备
[0013]I)模型的制作:
[0014](I)首先，对患者的置钉区进行CT螺旋扫描，层厚要求1.5毫米以内，最好为0.6毫米，其他参数与常规扫描一致，无特殊要求。
[0015](2)将扫描后得到的dicom原始数据输入到计算机内，用相应的医学影像处理软件进行STL文件的改写。在此过程中特别注意阈值的提取，保证制作的模型与器官达到最高的仿真性。
[0016](3)将处理后的STL文件输入到快速成型机内，进行加工。最后生成误差不超过2%的仿真模型。
[0017]*以上三个过程中⑴由CT扫描室的技术员来完成，(2)、(3)由快速成型公司完成。公司的业务员，负责将制作完毕的模型，准时交给手术大夫。
[0018]2)导航模块的制作:
[0019]此过程是由手术大夫完成
[0020](I)手术大夫，应对照原患者CT的三维重建影像，确认模型无失真。
[0021](2)手术大夫，将骨骼模型固定在“模型钻孔器”的工作台面上，在需要制定的位置上钻孔后，插入相应直径的钢棒。
[0022](3)再次检查钢棒位置的正确性。只有确保模型内的钢棒位置正确的前提下，才能使相应骨骼上的螺钉位置得到保障。
[0023](4)测量模型中钢棒的长度，即为选择的螺钉长度。
[0024](5)将模型外的钢棒留有2-3cm的长度，并套上薄壁金属套管，套管的内壁光滑平整，套管直径与钢棒直径相吻合，不松不紧。
[0025](6)将分离剂，涂抹在模块要帖附的模型表面上，待其充分干燥后，再把调好的医用超硬石膏或骨水泥(或者是其它在医疗上允许使用的类同物质)，填充在套管周围。
[0026](7)待超硬石膏或骨水泥完全硬结后，抽出钢棒，将模块与模型分离。这样带有金属套管的模块制作完毕。模块的一个面与模型表面完全吻合。制作过程中，要防止石膏或骨水泥，进入模型裂隙或表面窄内部宽的沟槽中，避免模块与模型分离困难，难于取下。
[0027](8)反复验证模块和模型进钉孔周围的吻合情况，确保吻合面密切接触，用力移动模块时，两者结合良好，无滑动现象。
[0028]2:软组织剥离和骨面的显露:
[0029]将模块消毒后备用，模型可放在台下参考，也可以一起消毒带到台上，使用时更方便。手术过程中，要充分显露模块区域的相应骨面，彻底剥离骨面上的软组织。以此保证模块与骨面的密切吻合。骨面充分显露后，对照模型相应的骨面帖附、吻合模块。模块内套管的孔向，便是骨骼进钉的位置，此时进钉点和方向已经由模块确定。只要将钻头插入金属套管内，按照已经测量的螺钉长度，钻孔即可。此步骤应注意:对于危险区域，打孔时，严禁一步到位。应由浅至深，边进边探，并进行术中影像验证。确认进钉点和方向正确后，才可拧入螺钉，防止意外发生。
[0030]3:其它工作，包括:术前准备、术中麻醉及术后护理与常规手术无区别。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0031]附图1是颈椎骨性结构示意图。
[0032]I)椎体、2)椎动脉孔(横突孔)、3)侧块、4)椎弓根、5)椎管、6)椎板、7)棘突。
[0033]附图2是模型钻孔示意图。
[0034]8)三维工作台、9)颈椎模型、10)钻头、11)椎弓根轴线
[0035]附图3是钢棒插入模型椎弓根钻孔示意图。
[0036]4)椎弓根、12)钢棒
[0037]附图4是钢棒上套入金属套管示意图。
[0038]12)钢棒、13)套管
[0039]附图5是模块制作示意图。
[0040]12)钢棒、13)套管、14)模块
[0041]附图6是与模型分离后附带套管的模块。
[0042]15)模块的骨面吻合面
【具体实施方式】
:
[0043]下面结合附图，对本实用新型的具体实施做详细阐述和说明。
[0044]附图1是颈椎骨性解剖示意图。以下就颈椎右侧椎弓根制作导航模块的过程，详细阐述本实用新型的具体实施程序。
[0045]手术大夫拿到模型后，首先对模型与原CT三维重建影像进行特征比对，确认误差不超过2 %，无失真现象。然后在模型上，用铅笔画出右侧椎弓根的轴线位置11。
[0046]附图2是模型钻孔示意图。将标有椎弓根轴线位置11的模型9，夹放在钻孔器的三维工作台8上，通过三维平移和旋转的调整，使椎弓根轴线11与钻头10轴线重合，并钻孔。
[0047]附图3是模型椎弓根4钻孔示意图。把与钻头10同一直径的钢棒12，插入模型椎弓根4钻孔内，要求插入拔出顺利，又不产生晃动，并注意有无模型崩裂、破损和孔道歪斜现象，确保正确无误。
[0048]附图4是钢棒上套入金属套管示意图。将金属套管13套入钢棒12上，并与模型9接触。要求套管13有一定长度，内壁光滑，直径与钢棒12和钻头10相匹配。套管13外壁要求压花，或焊接金属片(翼片/棍)等，以此增加固定力，并可减少外侧石膏或水泥体积，便于术中置放操作。
[0049]附图5是模块14制作示意图。过程如下:先将分离剂涂抹在需要帖附石膏的区域，再把调好的医用超硬石膏或骨水泥等填充在套管13的周围，下缘应与进钉点周围的模型面9紧密结合，外缘包裹着金属套管13，石膏或骨水泥不可帖附在无分离剂处，不可帖附裂隙内，不可帖附外窄内宽的沟槽内，以防分离困难，应帖附于同一椎骨上，不可贴附进入相邻椎体骨面上，防止术中体位变化时，相邻椎节移动而带来与模块9贴合不佳，影响置钉精度。经过一定时间(约30分钟)，超硬石膏等物质完全硬结后，抽出钢棒12，分离模型9。这样带有金属套管13的模块14制作完毕。
[0050]附图6是附带套管13的模块14。应仔细检查模块14的表面有无裂痕，并反复验证模块14和模型9的吻合情况，确保吻合面15密切接触，用力移动模块14时，两者结合良好，绝无滑动。
[0051]将制作完毕的模块14进行消毒，手术时备用。手术中，要充分显露帖附模块区域的相应骨面，彻底剥离骨面上的软组织。显露完后，对照模型9的相应骨面上帖附、吻合模块14，则模块14上套孔13的孔向便是患者骨骼需要进钉的位置，此时进钉点和方向已经由模块14确定。只要将钻头插入金属套管13内，按照已经测量的螺钉长度，钻孔即可。此步骤应注意对于危险区域不可直接电钻打孔一步到位，应由浅至深逐渐到位，过程中边进边探并由术中影像验证，确认进钉点和方向正确后才可拧入螺钉，防止意外发生。
【权利要求】
1.一种提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其包括:颈椎模型(9)、钢棒(12)、套管(13)、模块(14)，其特征在于，钢棒(12)插入颈椎模型(9)的椎弓根(4)内，套管(13)套在钢棒(12)外且套管(13)的下缘与颈椎模型(9)的表面相接触，在套管(13)外设有包裹套管(13)的模块(14)，模块(14)的下缘紧密帖附于颈椎模型(9)的表面。
2.根据权利要求1所述的提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其特征在于，所述的模块(14)材料要求为医用超硬石膏。
3.根据权利要求1所述的提高骨科等骨骼进钉质量的导航装置，其特征在于，所述的套管(13)材料要求为金属，套管(13)外壁要求压花或焊接金属片。
【文档编号】A61B17/90GK204169920SQ201420252568
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】毛广平, 李德亨, 赵建宁, 李洋, 刘金龙 申请人:中国人民解放军南京军区南京总医院
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