3d打印經皮椎弓根導板及其制備方法和使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種3D打印經皮椎弓根導板及其制備方法和使用方法，該導板包括波形面板，能夠貼合在人體的脊椎部位；所述面板上設置有兩個供椎弓根螺釘穿過的空心入路套筒；所述的入路套筒內部由內至外依次設置有第一層套管、第二層套管和第三層套管。3D打印經皮椎弓根導板的制備包括三維幾何模型的建立、椎弓根釘道的確定、導板生成、3D打印和安裝套管步驟，本發明的3D打印經皮椎弓根導板結構簡單，制備方便；導板制備過程預先根據體表標志在設計導板上進行加工，以鎖定體表定位，保證入路套管與椎弓根釘道同軸設置，防止移位，保證穿刺、置釘方向精準；使用本發明的導板，置入深度精準，無需反復透視，提高了手術的精確性，縮短了手術時間。
【專利說明】3D打印經皮椎弓根導板及其制備方法和使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療【技術領域】，涉及一種脊柱外科內固定手術裝置，具體涉及一種3D打印經皮椎弓根導板，還涉及該導板的制備方法和使用方法。
【背景技術】
[0002]在生物醫學領域，現代醫學趨向于個體化的治療策略，隨著計算機運算能力的強勁提升，計算機技術與醫學的廣泛深入的結合，形成了新興的交叉學科一數字醫學，大大的促進了現代臨床個體化的診療技術的發展。同時，由于3D打印具有個體化的特點，正好與現代醫學的診療理念相一致，因此，將3D打印技術應用于生物醫學領域將是天作之合。目前，人們借助計算機數字化相關技術，對于醫學多個學科領域進行圖像數據處理后，形成解剖建模和三維重建，顯示和定位人體骨骼的解剖結構，并且，在計算機中進行模擬手術操作，設計最佳手術路徑，以及合理的個體化手術方案，提高了手術的精確程度，并且，簡化了手術操作步驟，縮短了年輕醫師的學習曲線。在骨科領域，通過對病人的數字化(CT / MRI)等一系列提供的臨床數據，在計算機中建立骨骼的病理模型，并通過全方位的了解骨骼病理改變，同時借助計算機輔助設計出最佳的個體化的治療方案以及手術導板或者假體，并通過相關軟件對設計的合理性進行驗證和評估，拓展了手術范圍，大大的提高了手術治療的準確性以及安全性，為數字骨科學的創新和法陣奠定了堅實的基礎。同時也為其他各個學科領域的交叉發展和深入提供了參考。也為3D打印在生物醫學領域的應用創造的無比寬廣的空間。
[0003]經皮椎弓根螺釘內固定術是目前最新的脊柱微創手術方法，手術創傷小、恢復快。但是，手術過程中存在的一個問題是椎弓根螺釘置入時有較高的椎弓根穿透概率，據研究報道，椎弓根螺釘穿透概率可達到15%，因此需不斷透視以確保置釘時準確的進針角度和深度，由此又帶來另外一個問題——大劑量的射線透視。骨科醫生的透視問題無需贅言，對患者而言，大劑量的射線投射經常容易引發術后的惡心，嘔吐等不良反應。目前已經有較先進的CT引導下椎弓根螺釘置入技術，可以達到較高的螺釘置入準確率，但國內能配備的手術室移動CT非常少見。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種3D打印經皮椎弓根導板，利用該導板引導提高了手術的精確性，縮短了手術時間。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:一種3D打印經皮椎弓根導板，包括波形面板，該面板為人體脊椎部位的仿形結構，能夠貼合在人體的脊椎部位；所述面板上設置有兩個供椎弓根螺釘穿過的空心入路套筒；所述的入路套筒內部由內至外依次設置有第一層套管、第二層套管和第三層套管；所述第一層套管的外徑等于第二層套管的內徑，所述第二層套管的外徑等于第三層套管的內徑；所述第一層套管、第二層套管和第三層套管的頭端均伸出入路套管外，且伸出入路套管外的長度依次遞減。
[0006]進一步的，所述的第一層套管、第二層套管和第三層套管均為金屬套管。
[0007]本發明還提供一種3D打印經皮椎弓根導板的制備方法，包括三維幾何模型的建立、椎弓根釘道的確定、導板生成、3D打印和安裝套管步驟，具體為:
(1)三維幾何模型的建立:從工作站獲得患者的影像學數據，并以DICOM格式導入到醫學建模軟件，通過形態學處理，生成可視化的骨骼模型以及皮膚模型，并分別以stl格式導出保存；
(2)椎弓根釘道確定:在醫學建模軟件中，抽提椎弓根形態，擬合成圓柱體通道，即為最佳釘道，在軟件中測量釘道的長度，然后將釘道反向延長穿出皮膚形成體表標志，然后以stl格式導出保存；
(3)導板生成:在3-matic軟件中，對骨骼模型以及皮膚模型進行網格優化，抽提皮膚表面網格，反向偏移增厚生成導板面板，保留及標記髂后上棘、棘突的骨性標志，然后與反向釘道進行擬合，生成入路套管，最終得到導板模型；
(4)3D打印:采用常規3D打印方法打印；
(5)安裝套管:在導板的入路套管中依次置入第一層套管、第二層套管和第三層套管。
[0008]本發明還提供一種3D打印經皮椎弓根導板的使用方法，包括以下步驟:
(1)根據X線片定位要置釘的椎體棘突，做好標記；
(2)制備導板時將定位點在導板上做出相同部位的標記，該標記可固定；
(3)將導板的三層金屬套管依次置入導板的入路套筒內，置入入路套筒內的第一層套管的內徑等于穿刺針的直徑，第二層套管的內徑等于開路鉆的直徑，第三層套管的內徑等于椎弓根螺釘釘尾的直徑；
(4 )設定穿刺針的穿刺深度，在設定的穿刺深度處設置限位環來限定已設定的穿刺深度，將穿刺針經過第一層套管的中心插入，并獲得骨性固定；
(5)拔出第一層套管，設定空心開路鉆的攻絲深度，在設定的攻絲深度設置限位環來限定已設定的攻絲深度，空心開路鉆沿穿刺針插入對椎體骨質進行擴口，用絲錐順穿刺針方向進行攻絲；
(6)拔出第二層套管，將選好的椎弓根螺釘順第三層套管置入。
[0009]本發明的有益效果:
1、本發明的3D打印經皮椎弓根導板結構簡單，制備方便；
2、本發明3D打印經皮椎弓根導板制備過程，預先根據體表標志在設計導板上進行加工，以鎖定體表定位，保證入路套管與椎弓根釘道同軸設置，防止移位，保證穿刺、置釘方向精準；
3、使用本發明3D打印經皮椎弓根導板，置入深度精準，無需反復透視，大大提高了手術的精確性，縮短了手術時間；
4、本發明3D打印經皮椎弓根導板采用金屬套保護樹脂套，避免樹脂在克氏針高速旋轉下產熱導致樹脂液化而使導板失效，使得操作過程中出現因為皮膚軟組織的移位而使穿刺、置釘不精準。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的導板的結構示意圖。
[0011]圖2為本發明的椎體骨骼以及皮膚模型的側位圖。
[0012]圖3為本發明的椎體骨骼以及皮膚模型的正位圖。
[0013]圖4為本發明的釘道在皮膚以及骨骼中的投影的俯視圖。
[0014]圖5為本發明的釘道在皮膚以及骨骼中的投影的側位圖。
[0015]圖6為本發明模擬的經皮導板的俯視圖。
[0016]圖7為本發明模擬的經皮導板的正視圖。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作詳細說明。
[0019]如圖1所示為本發明一種3D打印經皮椎弓根導板，包括波形面板1，波形面板I為人體脊椎部位的仿形結構，能夠貼合在人體的脊椎部位；波形面板I上設置有兩個供椎弓根螺釘穿過的空心入路套筒2 ;入路套筒2內部由內至外依次設置有金屬制的第一層套管
3、第二層套管4和第三層套管5 ;第一層套管3的外徑等于第二層套管4的內徑，第二層套管4的外徑等于第三層套管5的內徑；第一層套管3、第二層套管4和第三層套管5的頭端均伸出入路套管2外,且伸出入路套管2外的長度依次遞減。
[0020]本發明的3D打印經皮椎弓根導板的制備方法，包括三維幾何模型的建立、椎弓根釘道的確定、導板生成、3D打印和安裝套管步驟，具體為:
(1)三維幾何模型的建立:從工作站獲得患者的影像學數據，并以DICOM格式導入到醫學建模軟件，通過形態學處理，生成可視化的骨骼模型以及皮膚模型，如圖2和3所示，并分別以stl格式導出保存；
(2)椎弓根釘道確定:在醫學建模軟件中，抽提椎弓根形態，擬合成圓柱體通道，即為最佳釘道，在軟件中測量釘道的長度，然后將釘道反向延長穿出皮膚形成體表標志，然后以stl格式導出保存，如圖4和5所示；
(3)導板生成:在3-matic軟件中，對骨骼模型以及皮膚模型進行網格優化，抽提皮膚表面網格，反向偏移增厚生成導板面板，保留及標記髂后上棘、棘突的骨性標志，然后與反向釘道進行擬合，生成入路套管，最終得到導板模型，如圖6和7所示；
(4)3D打印:采用常規3D打印方法打印；
(5)安裝套管:在導板的入路套管中依次置入第一層套管、第二層套管和第三層套管。
[0021]本發明的3D打印經皮椎弓根導板的使用方法，包括以下步驟:
(1)根據X線片定位要置釘的椎體棘突，做好標記；
(2)制備導板時將步驟(I)的定位點在導板上做出相同部位的標記，該標記可固定；
(3)將導板的三層金屬套管依次置入導板的入路套筒內，置入入路套筒內的第一層套管的內徑等于穿刺針的直徑，第二層套管的內徑等于開路鉆的直徑，第三層套管的內徑等于椎弓根螺釘釘尾的直徑；
(4 )設定穿刺針的穿刺深度，在設定的穿刺深度處設置限位環來限定已設定的穿刺深度，將穿刺針經過第一層套管的中心插入，并獲得骨性固定；
(5)拔出第一層套管，設定空心開路鉆的攻絲深度，在設定的攻絲深度設置限位環來限定已設定的攻絲深度，空心開路鉆沿穿刺針插入對椎體骨質進行擴口，用絲錐順穿刺針方向進行攻絲；
(6)拔出第二層套管，將選好的椎弓根螺釘順第三層套管置入。
[0022]以下為采用本發明的方法進行臨床操作的具體實例:
某患者，男性，57歲。因“反復腰臀部疼痛半年”入院，入院查體示:腰椎生理弧度存在，腰4、腰5棘突、棘間壓痛，輕度叩擊痛，雙下肢直腿抬高試驗70°陰性，雙下肢肌力、感覺正常。查腰椎正側位片示:腰4椎體向前二度滑脫，查腰椎CT示:腰4椎體向前二度滑脫，椎間盤突出不明顯，椎弓根完整。入院診斷為:“腰4椎體滑脫”。擬全麻下行經皮椎弓根螺釘內固定術，術中使用3D打印經皮椎弓根導板。具體步驟如下:
1.預先根據患者X線片定位要置釘的椎體棘突，做好標記。
[0023]2.從工作站獲得患者的影像學數據，并以DICOM格式導入到醫學建模軟件，通過一系列的形態學處理，生成可視化的骨骼模型以及皮膚模型，并分別以stl格式導出保存。
[0024]3.在醫學建模軟件中，抽提椎弓根形態，擬合成圓柱體通道，即為最佳釘道，在軟件中測量釘道的長度，然后將釘道反向延長穿出皮膚形成體表標志，然后以stl格式導出保存。
[0025]4.在3-matic軟件中，對骨骼模型以及皮膚模型進行網格優化，抽提皮膚表面網格，反向偏移增厚生成導板，并保留體表標志在導板上，然后與反向釘道進行擬合，生成導板。
[0026]5.術中患者取俯臥位，依據體表定位標志放置經皮椎弓根導板，在導板入路套筒中心做1.5cm切口，逐層放置三層套管，在第一層套管中心插入穿刺針達預定深度，并獲得骨性固定，拔出第一層套管，不拔出穿刺針，延穿刺針插入空心開路鉆對椎體骨質進行擴口，用絲錐順穿刺針方向進行攻絲達預定深度，拔出第二層套管，不拔出穿刺針，將選好的椎弓根螺釘順第三層套管置入。用持棒器固定選取的棒，按指定方向慢慢沿連接器往下，直至觸及螺釘U槽底部，確認棒位于螺釘U槽底部后，先擰緊棒尖端的螺塞，運用撐開加壓器對椎體進行復位，擰緊另外一端的螺塞，鎖緊連接棒，逐層縫合，關閉切口。
[0027]6.術后一周，患者下床活動，無腰臀部疼痛，復查腰椎正側位片示:腰4、腰5椎弓根螺釘內固定術后，腰椎序列正常，內固定在位，無松動。
【權利要求】
1.一種3D打印經皮椎弓根導板，其特征在于:包括波形面板，該面板為人體脊椎部位的仿形結構，能夠貼合在人體的脊椎部位；所述面板上設置有兩個供椎弓根螺釘穿過的空心入路套筒；所述的入路套筒內部由內至外依次設置有第一層套管、第二層套管和第三層套管；所述第一層套管的外徑等于第二層套管的內徑，所述第二層套管的外徑等于第三層套管的內徑；所述第一層套管、第二層套管和第三層套管的頭端均伸出入路套管外，且伸出入路套管外的長度依次遞減。
2.根據權利要求1所述的一種3D打印經皮椎弓根導板，其特征在于:所述的第一層套管、第二層套管和第三層套管均為金屬套管。
3.根據權利要求1所述的一種3D打印經皮椎弓根導板的制備方法，其特征在于:包括三維幾何模型的建立、椎弓根釘道的確定、導板生成、3D打印和安裝套管步驟，具體為: (1)三維幾何模型的建立:從工作站獲得患者的影像學數據，并以DICOM格式導入到醫學建模軟件，通過形態學處理，生成可視化的骨骼模型以及皮膚模型，并分別以stl格式導出保存； (2)椎弓根釘道確定:在醫學建模軟件中，抽提椎弓根形態，擬合成圓柱體通道，即為最佳釘道，在軟件中測量釘道的長度，然后將釘道反向延長穿出皮膚形成體表標志，然后以stl格式導出保存； (3)導板生成:在3-matic軟件中，對骨骼模型以及皮膚模型進行網格優化，抽提皮膚表面網格，反向偏移增厚生成導板面板，保留及標記髂后上棘、棘突的骨性標志，然后與反向釘道進行擬合，生成入路套管，最終得到導板模型； (4)3D打印:采用常規3D打印方法打印； (5)安裝套管:在導板的入路套管中依次置入第一層套管、第二層套管和第三層套管。
4.根據權利要求1所述的一種3D打印經皮椎弓根導板的使用方法，其特征在于:所述的使用方法包括以下步驟: (1)根據X線片定位要置釘的椎體棘突，做好標記； (2)制備導板時將步驟(I)的定位點在導板上做出相同部位的標記，該標記可固定； (3)將導板的三層金屬套管依次置入導板的入路套筒內，置入入路套筒內的第一層套管的內徑等于穿刺針的直徑，第二層套管的內徑等于開路鉆的直徑，第三層套管的內徑等于椎弓根螺釘釘尾的直徑； (4 )設定穿刺針的穿刺深度，在設定的穿刺深度處設置限位環來限定已設定的穿刺深度，將穿刺針經過第一層套管的中心插入，并獲得骨性固定； (5)拔出第一層套管，設定空心開路鉆的攻絲深度，在設定的攻絲深度設置限位環來限定已設定的攻絲深度，空心開路鉆沿穿刺針插入對椎體骨質進行擴口，用絲錐順穿刺針方向進行攻絲； (6)拔出第二層套管，將選好的椎弓根螺釘順第三層套管置入。
【文檔編號】A61B17/70GK104287815SQ201410265910
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】顧鐵保, 王彭, 張澤鋒 申請人:南通舟可信息科技有限公司