个体化导航模板辅助定位套筒设计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利是针对目前颈椎、脊柱、腰椎及关节部位所使用的个体化定位导航模板使用中存在的定位困难，出现定位管磨损、破裂，致使骨科手术过程中出现突发伤害，术后引发相应的感染。为了改善上述情况，专门设计了一套个体化导航模板辅助定位套筒辅助骨科手术，避免发生意外手术事故，提高手术定位精度。
【背景技术】
[0002]在脊柱外科等相关的骨科手术中，利用椎弓根螺钉内固定是一种较为稳定的脊柱固定方式，是目前众多医院普遍采用的一种相对成熟的手术方式。从解剖结构上可知，人体的椎弓根解剖结构从腰椎、胸椎、颈椎是逐渐减小的，为了提高整个手术过程的定位精度，降低手术的风险程度，出现了各种各样辅助定位装置，个体化导航模板的出现就很好的解决了这个难题，促进了整个脊柱外科手术的发展。
[0003]因脊柱侧弯引发的脊柱疾病是困扰广大患者的严重疾病，特别是发生在青少年人群中的特发性脊柱侧弯，这种情况下行脊柱矫形手术风险更高。与腰椎椎弓根相比，胸椎椎弓根解剖变异大、直径小。直径较小且周围解剖结构复杂，故对脊柱外科医师而言，胸椎椎弓根螺钉的置入手术具有一定的挑战性，危险性较大。使用个体化定位模板辅助行椎弓根手术，可以大大降低手术风险,提高成功率。
[0004]对于颅底凹陷等情况特别复杂和风险系数高的手术，使用椎弓根螺钉固定也是十分行之有效的方法，但由于颈椎解剖关系复杂，椎弓根变异性大，椎弓根螺钉正确置入困难，损伤神经、血管的风险较大，使其临床应用受到限制。如何安全准确地置入颈椎椎弓根螺钉一直是临床十分关注的课题，个体化定位模板在辅助椎弓根手术过程中可以起到十分重要的作用。
[0005]人工全膝关节置换术的成功与否及对临床疗效的影响因素研究一直是人们关注的问题。目前，骨性关节炎的治疗仍然是医学界的一大难题。传统全膝关节置换手术通过术前X线片检查和术中机械导向装置进行髓内、髓外定位截骨术者凭借肉眼、手感和经验来定位解剖标志、下肢力线和假体旋转轴线，然后手工划线截骨、假体放置和软组织平衡。这种基于肉眼对肢体和假体的观察完成的对位、对线有很大的主观性，直接影响了该定位方式的可靠性和手术的精确性，甚至导致手术的失败。为了改变这种困境，出现了计算机导航技术和个体化定位模板辅助定位，计算机导航设备过于昂贵，操作复杂无法大范围使用。个体化定位模板技术操作简单、价格低廉，便于推广应用。但使用树脂或者其它材料制作的导航模板会出现碎屑等情况，如果用金属制造成本过高，所以本课题针对个体化导航模板专门设计了对于的辅助套筒。
【发明内容】
[0006]本发明专利是为了解决脊柱外科所面临的定位不准，使用个体化导航模板辅助手术过程中出现碎屑、断裂等突发情况，同时避免术后感染情况的发生。专门针对颈椎、胸椎、腰椎及关节设计了个体化导航模板辅助套筒。
[0007]针对颈椎部位，由颈椎的解剖学结构可知，其椎弓根是最细小的，为了解决定位过程中不止发生导航模板断裂，引起定位电钻伤及患者的神经及动脉，必须很好地控制模板定位孔的大小，一般模板定位孔内径在2.5-3mm之间，外径不超过8mm,定位管的长度在10-15mm 之间。
[0008]由于人体骨骼表面存在滑膜，在使用椎弓根螺钉等医疗器械的过程中会出现滑移，容易引起钻机在定位钻孔过程中出现引偏。为了改善这种情况，提高定位精度，避免出现引偏的情况。本发明在辅助定位套筒端部专门设计了锯齿状的顶端，实现在定位过程中准确定位、防止出现滑移。
[0009]针对胸椎、腰椎和关节部位的个体化导航模板，在手术过程中需要增大手术的操作空间，还专门设计了定位套筒辅助的伸出把手，方便医生准确的完成整个手术。胸椎、腰椎部位的椎弓根相比颈椎部位的稍粗，针对胸椎和腰椎部位的个体化导航模板，其内径一般在3-4mm之间，外径一般在8mm,定位管长在10_18mm之间，设计定位套筒时其内径应比定位管内径小0.2-0.5mm。
[0010]髋关节、膝关节部位等部位的个体化导航模板可以很好的实现关节置换的准确定位。为了避免在关节置换过程中使用个体化导航模板出现钻孔引偏或出现定位管破损，引起术后感染。本发明专利在定位管的基础上设计了相应的定位套筒，关节部位的定位套筒直径为4mm,外径为6_8mm,管道长为15_20mm,设计定位套筒时其内径应在3.5-3.8mm之间。
[0011]本发明专利是针对个体化导航模板辅助过程中会出现碎屑或磨损，专门发明设计的个体化辅助定位套筒。本发明专利所使用的定位套筒可以使用钛合金进行制造，因定位套筒形状细小，使用传统的切屑加工有一定的困难，可以结合3D打印技术实现定位套筒的精密制造，缩短加工时间和成本。
【附图说明】
[0012]附图1为颈椎套筒主视图。
[0013]附图2为颈椎套筒俯视图。
[0014]附图3为颈椎套筒轴测图。
[0015]附图4为胸椎、腰椎和关节用套筒主视图。
[0016]附图5为胸椎、腰椎和关节用套筒俯视图。
[0017]附图6为胸椎、腰椎和关节用套筒轴测图。
【具体实施方式】
[0018]下面就重点讲述本发明专利在个体化导航模板辅助骨科手术中的应用。针对脊柱外科中的颅底凹陷、脊柱侧弯、腰椎间盘突出等复杂的脊柱手术，如果仅仅依靠医生的手术经验很难精确的完成整个手术，并且术后效果也往往不太理想，这也使得对应的脊柱外科知识很难普及。随着先进医学影像技术的普及，计算机辅助导航设备的出现，推动了脊柱及关节外科手术的发展。由于计算机导航设备价格昂贵，难以大范围普及，随后基于3D打印技术和逆向工程技术出现了个体化导航模板辅助骨科手术。使用个体化导航模板辅助骨科手术相比计算机导航设备大大节约了资金和时间成本，提高了手术的定位精度。
[0019]利用患者的CT/MRI数据结合逆向工程和3D打印技术完成患者病变部位数据的三维重建之后，完成基于患者个体的个体化导航模板设计辅助整个脊柱外科及关节置换手术。个体化导航模板辅助套筒就是在定位模板设计之后根据模板的内径及外形尺寸设计配套的辅助套筒。
[0020]利用AutoCAD绘图软件，根据个体化导航模板定位管道的内径及长度尺寸设计辅助定位套筒，由于人体骨骼表面存在滑膜，为了避免套筒定位过程中出现滑移，在套筒定位尖端设计类似锯齿状的辅助定位端，提高定位准确度。
[0021]在定位过程中，先用个体化导航模板的贴合面跟骨骼表面匹配，然后将辅助套筒套入导航模板定位管里，利用定位套筒尖端卡紧骨骼表面。在胸椎及关节手术中，为了给手术医师留有足够的操作空间，方便使用个体化导航模板，还专门设计了辅助的套筒把手，这个可以套在套筒上部，手术过程中可以方便把持，提高个体化导航模板的使用灵活性。
[0022]完成了辅助定位套筒的设计之后，需要进行定位套筒的加工。套筒的材料必须是耐磨性好且对人体没有危害的金属，可选用钛合金材料。加工方式可以选用切屑加工的方式，随着3D打印技术的快速发展，由于定位套筒尺寸小，优先考虑3D打印技术实现定位套筒的加工。在此基础上，针对定位套筒和个体化导航模板的综合使用进行树脂模型试验和尸体标本试验。
【主权项】
1.个体化导航模板辅助定位套筒设计是为了解决脊柱外科和关节置换等手术中使用导航模板进行辅助手术时出现定位管道磨损、破裂引起碎屑残留等问题，专门设计的辅助定位装置，避免引起术后感染及其它突发意外情况。2.根据权利要求1所述的个体化导航模板辅助定位套筒设计，其特征在于在利用CT/MRI数据完成了个体化定位模板设计之后，在此基础上结合导航模板定位管道的内径及长度尺寸在AutoCAD软件中完成定位套筒的设计。3.根据权利要求1所述的个体化导航模板辅助定位套筒设计，其特征在于所述的套筒在腰椎及关节置换过程中，在使用个体化定位套筒完成手术时为了给手术医师留有足够的手术操作空间，专门设计了跟套筒匹配的辅助把手，便于医师进行手术操作。4.根据权利要求1所述的个体化导航模板辅助定位套筒设计，其特征在于所述的定位套筒在辅助手术过程中为了实现精确定位，避免出现滑移等情况，在定位套筒端部专门设计有锯齿状辅助卡紧部分，使得在手术过程中可以很好的卡紧在骨骼表层。5.根据权利要求1所述的个体化导航模板辅助定位套筒设计，其特征在于所述的定位套筒由于形状较小，使用传统的切削加工整个加工过程比较复杂，且钛合金的切削加工比较困难，随着3D打印技术的发展，可以结合3D打印技术，利用层层堆积的方式完成整个套筒的加工。6.根据权利要求1所述的个体化导航模板辅助定位套筒设计，其特征在于所设计的辅助定位套筒需跟导航模板配套使用，利用树脂模型进行模型试验，在此基础上结合尸体标本试验验证整个辅助定位系统的精确性和实用性。
【专利摘要】本发明涉及一种个体化导航模板辅助定位套筒设计，其主要步骤为：根据先进的医学影像CT/MRI获取病变部位的数据，结合逆向工程及数字医学完成个体化导航模板的设计；在此基础上根据导航模板定位管道的长度及内径尺寸，在AutoCAD软件中完成辅助定位套筒、辅助支撑把手的设计；完成了套筒及辅助支撑结构设计之后，采用钛合金材料，利用传统的切削加工或者是3D打印技术将辅助定位套筒加工出来。本发明中，利用CT/MRI数据及逆行工程技术是为了完成导航模板的精确设计，以此导航模板为基础，为了避免使用导航模板辅助手术过程中出现导航管断裂、磨损、定位滑移、引起术后感染等情况，专门设计了导航模板辅助定位套筒，利用定位套筒端部的锯齿状结构实现精确卡紧；结合钛合金材料的套筒避免手术过程中，因导航模板磨损引起的碎屑残留在患者体内引起术后感染，实现手术过程的精确定位。
【IPC分类】A61B17/90
【公开号】CN105342689
【申请号】CN201410417440
【发明人】方学伟, 陆声, 卢秉恒, 高心健, 孙国保, 王丽莎, 罗浩天, 陈祯
【申请人】方学伟
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2014年8月24日