1.带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模,其特征是:包括本体(1)和钻套(2);本体(1)下端设有骨贴合面(11)和底面(15),上端设有置钉平面(12),本体(1)前后两侧壁上设有指压坑(14),本体(1)内设有两个置钉通道(13),置钉通道(13)一端贯通至置钉平面(12),另一端贯通至骨贴合面(11);钻套(2)安装在置钉通道(13)内,二者形成过渡配合。
2.如权利要求1所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模,其特征是:钻套(2)的长度短于置钉通道(13)的长度,当钻套(2)安装在置钉通道(13)内,置钉通道(13)一段与钻套(2)接触,另一段未与钻套(2)接触,置钉通道(13)不与钻套(2)接触的一段为排屑腔(133),排屑腔(133)连通至底面(15)。
3.如权利要求1或2所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模,其特征是:骨贴合面(11)可与目标椎骨(31)椎板、横突后部及棘突根部背侧的轮廓贴附吻合;当骨贴合面(11)与目标椎骨(31)贴附吻合时,置钉通道(13)的中心轴线(132)与目标椎骨(31)椎弓根最大内接椭圆柱体的中轴线重合;所述相邻椎骨(9)为位于目标椎骨(31)下方且与目标椎骨(31)相邻的一块椎骨。
4.如权利要求3所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模,其特征是:本体(1)左右两侧壁与本体(1)底面(15)相交处设有横突避让倒角(16);骨贴合面(11)对应目标椎骨(31)棘突上部的部位设有棘突避让凹槽(17);骨贴合面(11)对应相邻椎骨(9)上关节突的部位设有上关节突避让凹槽(18)。
5.如权利要求1或2所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模,其特征是:本体(1)左右两侧壁与本体(1)底面(15)相交处设有横突避让倒角(16);骨贴合面(11)对应目标椎骨(31)棘突(311)上部的部位设有棘突避让凹槽(17);骨贴合面(11)对应相邻椎骨(9)上关节突(92)的部位设有上关节突避让凹槽(18)。
6.一种制备如权利要求1-5中任一项所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模的方法,其特征是,包括如下步骤:
S01,获取目标椎骨医学图像数据:调取患者诊断前的螺旋CT检查数据或核磁共振检查数据,选择手术区域目标椎骨的数据,保存为医学影像软件可识别的格式;
S02,重构目标椎骨的三维模型和中心点点集:将目标椎骨的医学图像数据导入医学影像软件Mimics,重建目标椎骨的三维模型,再获取目标椎骨的中心点点集,中心点点集由间距为a的离散点组成,将三维模型和中心点点集分别保存为STL格式、IGS格式;
本步骤中,a的取值区间为0.01mm~0.1mm;
S03,创建待修正的一次进钉线:将三维模型和中心点点集数据文件导入逆向工程软件Imageware中,然后选取一侧椎弓根全长范围内的中心点点集,创建NURBS曲线,在NURBS曲线上取等距的m个点,并作出NURBS曲线在这m个点位置的切线,过这m个点分别创建垂直于各切线的m个一次正截面,在m个一次正截面中提取出包含椎弓根峡部在内的n个一次正截面,NURBS曲线与这n个一次正截面形成n个交点,求出这n个交点的最小二乘直线,即为一次进钉线;
本步骤中,n≥7,m≥n;
S04,创建二次进钉线:通过S03步骤中的n个交点,分别创建垂直于一次进钉线的n个二次正截面;在n个二次正截面上分别提取椎弓根的外轮廓线,然后在每个外轮廓线内创建出最大内切圆,将各最大内切圆的圆心依次连接,形成一条空间折线,求出该空间折线的最小二乘直线,即为二次进钉线;
本步骤中,二次进钉线即为最终的椎弓根螺钉的进钉路线;
S05,确定沿二次进钉线方向的椎弓根最大内接椭圆柱体的横截面:通过S03步骤中的n个交点,分别创建垂直于二次进钉线的n个三次正截面,在这n个三次正截面上分别提取椎弓根的外轮廓线,然后将提取出的n个外轮廓线沿二次进钉线的向量方向,在最靠近目标椎骨椎体的三次正截面上进行投影,投影叠加后内部形成一个封闭区间,作出该封闭区间内的最大内切椭圆,该最大内切椭圆即为沿二次进钉线方向的椎弓根最大内接椭圆柱体的横截面;
S06,确定椎弓根螺钉及置钉通道直径的取值区间:以所述最大内切椭圆的中心为中心,r为半短轴长度,h为半长轴长度,在最大内切椭圆内作同心椭圆,且保证同心椭圆的短轴与最大内切椭圆的短轴重叠,将该同心椭圆的短轴长度与医药行业标准YY0018-2002所规定的金属接骨螺钉的外螺纹直径尺寸进行比较并向下圆整,确定椎弓根螺钉外螺纹直径d1,查取d1所对应的螺纹小径d2,将d2作为钻套内径的基本尺寸,将d2+2δ作为钻套外径的基本尺寸,然后根据钻套与置钉通道的配合关系确定置钉通道直径;
本步骤中,r=b-x-y;h=c-x-y;b为最大内切椭圆的半短轴长度,c为最大内切椭圆的半长轴长度,x为目标椎骨椎弓根皮质骨厚度的统计值,y为本体的钻孔偏距,y的取值区间为0.3~0.5mm;δ为钻套的壁厚,δ的取值区间为1.5~1.75mm;
S07,依次重复S03~S06,求出与S03步骤中“一侧椎弓根”相对的另一侧椎弓根的二次进钉线、椎弓根螺钉及置钉通道直径的取值区间;
S08,建立本体三维模型:将目标椎骨及其相邻椎骨的三维模型文件导入到PRO/E中;根据目标椎骨的形态、尺寸及与相邻椎骨的位置关系,建立本体初始结构模型,再根据二次进钉线直线方程及选取的置钉通道直径,在本体初始结构模型上建立置钉通道,然后在Mimics中把目标椎骨和带置钉通道的本体初始结构模型进行匹配,利用布尔运算在本体下端生成目标椎骨定位面的反向曲面,作为本体的骨贴合面,从而实现本体三维模型的建立;
S09,制造带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模:将设计好的本体三维模型用3D打印技术制造出来,并将设计好的钻套也制造出来,同时制造出目标椎骨的3D打印模型,便于医生术前试验与评估。
7.如权利要求6所述的制备带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模的方法,其特征是:步骤S08中,建立本体初始结构模型时,考虑夹持的便捷性,在本体前后两侧壁上设置指压坑,指压坑作为带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模工作时的把持部位。
8.如权利要求6或7所述的制备带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模的方法,其特征是:步骤S08中,建立本体初始结构模型时,进行三处避空处理,所述三处避空处理包括在本体左右两侧壁与底面相交处设置横突避让倒角,以避免相邻椎骨的横突部位对本体安装定位的干涉;骨贴合面对应目标椎骨棘突上部的部位设置棘突避让凹槽,以避免棘突侧向凸起对骨贴合面曲面定位的干涉作用;骨贴合面对应相邻椎骨上关节突部位上关节突避让凹槽,以避免目标椎骨与相邻椎骨间的相对运动位置变化对骨贴合面曲面定位的干涉作用。