CN102871714B - 一种骨科专用的手术装置 - Google Patents
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Abstract
一种骨科专用的手术装置，它涉及一种手术装置。本发明解决了现有的手术导航装置存在结构复杂，价格昂贵，不便于大范围推广使用的问题。本发明的手术导装置由X光透射性导航器构成，每个导航器具有多个内置非X光透射性套筒的导航凸起，所述多个导航凸起为锥状导航凸起或半球形凸起，两个手术导航器的导航凸起端相对设置；步骤一：通过外固定架固定导航器；步骤二：确定两个导航器之间的连接点以及连接方式；步骤三：利用计算机模拟确定骨折复位后两个导航器的多个导航凸起之间的距离；步骤四：量取多根金属丝的长度；步骤五：以相应长度金属丝连接骨折两侧二导航器各导航凸起并固定；步骤六：拉紧各连接线进行骨折复位。本发明用于骨折闭合复位手术中。
Description
技术领域
本发明涉及一种手术装置，具体涉及一种骨科专用的手术装置。
背景技术
现有手术导航装置多结构复杂，因为价格极其昂贵，只限于国内少数几个大医院中应用，例如脊柱外科和人工关节置换手术，该类手术导航装置不能多设施共享，但是尚未开发出商品化的可用于骨折复位的导航装置。
泰勒公开了一种基于六足双环平台设计的计算机辅助骨折复位装置，但是该装置的杆状结构工艺复杂，使其价格昂贵，而且复杂的制作工艺，不可避免会带来积累误差，影响骨折复位精度。此外，此装置的计算机辅助计算是基于二维x光片，而管球的距离和设置等因素会影响计算精度。
301医院的唐佩福公开了一种基于CT的改进设计，但是复杂的结构不仅带来金属伪影，为图像处理增加难度，而且成本高昂，积累误差加大。
顾公开了一种单边固定架闭合骨折复位装置，通过多关节精确操作重建计算机得到的复位六个参数。但是该装置结构复杂，各关节工艺要求极高，价格不菲。此外，多关节复杂的结构使其与专用外固定器相比固定强度等力学性能均降低。
综上所述，现有的手术导航装置存在结构复杂，价格昂贵，不便于大范围推广使用的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的手术导航装置存在结构复杂，价格昂贵，不便于大范围推广使用的问题，进而提供一种廉价而精确的骨科专用手术装置。
本发明的技术方案是：一种骨科专用手术装置，它包括两个手术导航器、多个套筒和多根金属丝，两个手术导航器均为X光透射性导航器，每个手术导航器均包括导航架、导航固定柄和多个导航凸起，所述多个导航凸起为锥状导航凸起或半球形凸起，导航架的一端设有导航固定柄，导航架的另一端设有多个导航凸起，每个所述导航凸起上开有一个通孔，每个通孔内设有一个套筒，两个手术导航器的导航凸起端相对设置，且两个手术导航器之间通过穿设在多个套筒内的多根金属丝连接。
本发明还提供了一种利用上述手术装置实现骨科手术的方法，该方法为：
步骤一：利用外固定架固定导航器，
用外固定架将两个导航器分别固定于骨折两端，使两个手术导航器的导航凸起端相向 设置，距离为3cm-10cm，
步骤二：确定两个导航器之间多个导航凸起之间的连接点以及连接方式，
将一个手术导航器上的多个导航凸起分别标记为A点、B点、C点、D点、E点和F点，将另一个手术导航器上的多个导航凸起分别标记为a点、b点、c点、d点、e点和f点，其中，A点与a点连接，A点与e点连接，B点与b点连接，C点与f点连接，E点与a点连接，F点与c点连接，F点与f点连接；
步骤三：确定骨折虚拟复位后两个导航器的多个导航凸起之间的距离，
将患肢与健康的肢体同时进行X射线断层扫描CT，利用CT三维图像数据进行建模，建模后通过VTK软件对患肢进行虚拟复位，并根据步骤二确定的连接方式计算复位后骨折断端两侧导航器上导航凸起的尖部之间的各个距离，所述距离即为骨折复位时所需连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝的长度，A点与a点之间的金属丝长度为2cm-15cm，A点与e点之间的金属丝长度为2cm-15cm，B点与b点之间的金属丝长度为2cm-15cm，C点与f点之间的金属丝长度为2cm-15cm，E点与a点之间的金属丝长度为2cm-15cm，F点与c点之间的金属丝长度为2cm-15cm，F点与f点之间的金属丝长度为2cm-15cm；
步骤四：量取多根金属丝的长度，
通过精确测量工具根据步骤三所计算骨折复位所需连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝的各个长度，量取每根金属丝的长度，并以两个距离标记片分别固定在金属丝上，使两个距离标记片外端部之间的距离等于所量取的相应长度，
步骤五：以相应长度金属丝连接骨折两侧二导航器各导航凸起并固定，
将步骤四量取标记的每根金属丝的两端分别按照步骤二或步骤三中的连接关系穿设并连接于骨折两侧导航凸起的套筒内，每根金属丝的两端分别通过一个螺栓固定，
步骤六：拉紧各连接线进行骨折复位，
松开外固定架上的连杆螺栓，调整外固定架及骨折两端的距离，使两个手术导航器之间的金属丝均保持拉紧绷直的状态，即利用绷紧的金属丝重建骨折虚拟复位时两个手术导航器之间的相对位置距离关系，进而达到骨折复位位置，重新旋紧外固定架上的连杆螺栓，至此，完成骨折复位手术。
本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明结构简单，采用手术导航器与外固定架可分离式设计，不需要专门设计外固定架，任何商品化的外固定器均可搭载，骨折复位固定后导航器即可拆下重复利用，因此大大降低了成本，同时为骨折固定提供了更高的可靠性，便于在医疗行业中大范围推广使用。2.本发明在大量的骨折模型闭合复位实验中，对于粉碎性胫骨骨折的闭合复位精度能够达到1mm残留位移误差和1度的残留成角误差。 而骨折复位后残留位移误差在10mm，残留成角误差在5度即可满足临床需要，因此该发明的导航精度高，足以满足临床对手术导航技术的要求。3.本发明与类似的泰勒的六足双环平台设计和顾的单边骨折复位器相比，本发明不需要制作工艺要求很高的高精度连接杆和结构复杂的调控关节，而通过多根一定长度的金属丝即可重建计算机虚拟骨折复位求得的导航器相对位置关系，简单的游标卡尺即可实现高精度测量和确认精度，因此用简单而廉价的装置和方法实现了高精度的手术导航。4.由于导航器设计简单，制作工艺要求低，因此可以大量低成本制作，便于在基层医院推广使用，基层医院只需要将导航器固定后的断层扫描图像数据传输给上级医院，上级医院通过软件计算出骨折复位所需各连接金属丝的长度后将报告提交基层医院进行实际骨折复位操作，患者即使在基层医院也可以接受高精度的导航手术，这是现存技术所无法实现的，具有极高的社会价值。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明一个手术导航器的主视图，图3是导航凸起的放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种骨科专用手术装置，它包括两个手术导航器、多个套筒1和多根金属丝2，两个手术导航器均为X光透射性导航器，每个手术导航器均包括导航架3、导航固定柄4和多个导航凸起5，所述多个导航凸起5为锥状导航凸起或半球形凸起，导航架3的一端设有导航固定柄4，导航架3的另一端设有多个所述导航凸起5，每个所述导航凸起5上开有一个通孔5-1，每个通孔5-1内设有一个套筒1，两个手术导航器的导航凸起端相对设置，且两个手术导航器之间通过穿设在多个套筒1内的多根金属丝2连接。
本实施方式的多个所述导航凸起5在导航架3上尽量远隔分布，有助于提高精度；多个所述导航凸起5分散设置在导航架3内部，有助于遇到阻隔时连接金属丝。
本实施方式手术导航器的材料为光造型树脂。这种材料的好处是X线透射性好，无金属伪影，变形性小。导航器的材料还可为其他X线透射性好且变形性小的材料，如碳纤维等。
本实施方式的金属丝2为钢制金属丝，由于钢制金属丝拉伸时，变形小，有效的保证骨折复位精度。金属丝2也可为任何低延展度素材细丝，如低延展度碳纤等，或有机包膜的金属丝等混合材料。
本实施方式的套筒1为非X线透射性坚硬素材，如金属微管，其一端与导航凸起尖部平齐，既可以作为X线断层扫描时的导航标记物，又可以充当金属丝套筒，防止金属丝在 拉紧时切割导航器素材。如导航器为X线半透射性坚硬素材，则可不用套筒1，仅设通孔5-1。
本实施方式的VTK软件为日本开发的软件。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述导航架3为T形导航架、椭圆形导航架、矩形导航架、环形导航架、半环形导航架，金属丝2为低延展度素材细丝。具体形式根据骨折部位而不同，以避免在复位时与固定架相刮碰，又能使导航凸起能够在垂直于骨长轴的平面上广泛分布为准，如此设置，使用灵活、方便，而且保证复位的精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的手术装置还包括多个螺栓6和多个距离标记片7，设有导航柄4一侧的导航架3上设有多个螺栓6，且每个螺栓6的位置与每个所述导航凸起5的位置相对应，用于固定穿过通孔的金属丝2，穿设在所述导航凸起5锥尖处的每根金属丝2的两端各设有一个距离标记片7。如此设置，距离标记片即能准确标记金属丝的长度，在穿过套筒后，该距离标记片的距离标记侧与套筒一端(即导航凸起尖端)紧密相抵，使导航凸起尖端距离在金属线拉紧时精准控制于复位所需长度使用方便可靠。上述的螺栓6固定于导航架3上也可独立于导航架3，可为螺栓样结构也可为任何其他样式的丝线固定装置，如夹片等结构。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的导航架3包括导航块8和多根导航管9，导航块8的左右两端各设有一根导航管9，导航块8的上端设有两个导航9，每个导航管9的端部均设有一个所述导航凸起5。如此设置，既不影响连线，又能将所载导航凸起5尽可能大范围的分布在导航架3所在平面上，以提高精度导航块8相比，导航管9虽然可减轻导航架3的重量，但如果太长则容易在金属丝2。与拉紧时产生变形，增大误差，因此其长度应根据导航架材料而决定。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的套筒1为非X线透射性坚硬素材，其数量为3个-20个。如此设置，不但便于确定两个导航凸起5之间的中心位置，还便于根据实际手术需要，选择合适数量的导航凸起5。导航凸起5如此设计，可避免导航器在连接金属丝产生阻碍，也可以设计成半球形凸起等形态，其数量为至少3个-10个。其它组成和连接关系与具体实施方式一、三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式提供了一种骨折闭合复位的手术导航方法，该方法为：
步骤一：利用外固定架固定导航器，
用外固定架将两个导航器分别固定于骨折两端，使两个手术导航器的导航凸起端相向设置，距离为3cm-10cm，套筒1的方向与骨的长轴平行，
步骤二：确定两个导航器之间多个导航凸起5之间的连接点以及连接方式，
将一个手术导航器上的多个导航凸起5分别标记为A点、B点、C点、D点、E点和F点，将另一个手术导航器上的多个导航凸起5分别标记为a点、b点、c点、d点、e点和f点，其中，A点与a点连接，A点与e点连接，B点与b点连接，C点与f点连接，E点与a点连接，F点与c点连接，F点与f点连接；
步骤三：确定骨折虚拟复位后两个导航器的多个导航凸起5之间的距离，
将患肢与健康的肢体同时进行X射线断层扫描CT，利用CT三维图像数据进行建模，建模后通过VTK软件对患肢进行虚拟复位，并根据步骤二确定的连接方式计算复位后骨折断端两侧导航器上导航凸起5的尖部之间的各个距离，所述距离即为骨折复位时所需连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝2的长度，A点与a点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，A点与e点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，B点与b点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，C点与f点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，E点与a点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，F点与c点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，F点与f点之间的金属丝2长度为2cm-15cm；
步骤四：量取多根金属丝2的长度，
通过精确测量工具根据步骤三所计算骨折复位所需连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝2的各个长度，量取每根金属丝2的长度，并以两个距离标记片7分别固定在金属丝2上，使两个距离标记片7外端部之间的距离等于所量取的相应长度，
步骤五：以相应长度金属丝2连接骨折两侧二导航器各导航凸起并固定，
将步骤四量取标记的每根金属丝2的两端分别按照步骤二或步骤三中的连接关系穿设并连接于骨折两侧导航凸起5的套筒1内，每根金属丝2的两端分别通过一个螺栓6固定，
步骤六：拉紧各连接线进行骨折复位，
松开外固定架上的连杆螺栓，调整外固定架及骨折两端的距离，使两个手术导航器之间的金属丝2均保持拉紧绷直的状态，即利用绷紧的金属丝2重建骨折虚拟复位时两个手术导航器之间的相对位置距离关系，进而达到骨折复位位置，重新旋紧外固定架上的连杆螺栓，至此，完成骨折复位手术。
本发明采用上述方法对胫骨干粉碎性骨折模型进行闭合复位后残留误差如下：
由上述实验测定数据可知，本发明对于粉碎性胫骨骨折的复位精度能够达到1mm残留位移误差和1度的残留成角误差，粉碎性胫骨骨折的复位精度高。
本发明不但适用于骨折闭合复位，还适用于截骨的手术过程中，截骨的手术过程是这样实现的：
步骤一：固定定位导航器，
两个导航器中的一个以外固定架固定于目的骨上作为定位导航器，另一个导航器搭载截骨导向槽作为截骨导航器，并建立截骨导向器的截骨平面数据模型，
步骤二：确定两个导航器之间多个导航凸起5之间的连接点以及连接方式，
步骤三：确定正确截骨时两个导航器的多个导航凸起5之间的距离，
将目的骨进行X射线断层扫描CT，利用CT三维图像数据进行建模，建模后通过VTK软件计算正确截骨平面，并将截骨导向器的截骨平面与之相拟合，同时使两导航器上导航凸起相向设置，确定两个导航器之间多个导航凸起5之间的连接点以及连接方式，计算两导航器在该相对位置时连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝2的长度，A点与a点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，A点与e点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，B点与b点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，C点与f点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，E点与a点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，F点与c点之间的金属丝2长度为2cm-15cm，F点与f点之间的金属丝2长度为2cm-15cm；
步骤四：量取多根金属丝2的长度，
通过精确测量工具根据步骤三所计算骨折复位所需连接两个导航器的导航凸起的每根金属丝2的各个长度，量取每根金属丝2的长度，并以两个距离标记片7分别固定在金属丝2上，使两个距离标记片7外端部之间的距离等于所量取的相应长度，
步骤五：以相应长度金属丝2连接骨折两侧二导航器各导航凸起并固定，
将步骤四量取标记的每根金属丝2的两端分别按照步骤二或步骤三中的连接关系穿设并连接于骨折两侧导航凸起5的套筒1内，每根金属丝2的两端分别通过一个螺栓6固定，
步骤六：拉紧各连接线确立截骨导航器正确截骨位置，
调整截骨导航器位置，使两个手术导航器之间的金属丝2均保持拉紧绷直的状态，即利用绷紧的金属丝2确立截骨导航器正确截骨位置，用交叉克氏针将截骨导航器固定于该位置，用摆锯经截骨导向槽进行截骨操作。
本发明采用上述方法对全膝关节置换胫骨侧截骨模型进行截骨操作，测定误差如下：
| 模型 | z轴误差（mm） | 成角误差（°） |
| A | 0. 558 | 2.736 |
| B | 2. 506 | 0.453 |
| C | 1.435 | 2.726 |
| D | 0.419 | 1.064 |
| E | 0.063 | 3.125 |
| 平均值 | 0.996 | 2.021 |
| SD | 0.984 | 1.183 |
由上述实验测定数据可知，本发明对于截骨导航精度能够达到1mm的Z轴向误差和1度的成角误差，截骨导航精度高。
如将本实施方式的截骨导向槽替换成筒状导向通道，利用同样的方法和步骤也可以实现髋关节置换磨臼导航和精确置钉导航，以控制臼锉和置钉角度和方向。
具体实施方式七：本实施方式的步骤一中的外固定架为单边外固定架、环形外固定架或杂交式外固定架。根据具体骨折的需要选择已经产品化的现有外固定架。因该发明无需特殊设计骨折固定部分，只需外加连接头将导航器固定于骨折两端的外固定架上即可，因此通用性极高，方便于根据具体病情灵活制定治疗方案。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。
本实施方式的外固定架为意大利Orthofix公司生产的，型号为Prefix2DiaphysealComplete Kit的外固定架。连接杆为Ｘ线透过性碳纤维材料。
具体实施方式八：本实施方式的步骤一中的两个手术导航器均通过导航固定柄4可拆卸固定在外固定架上。如此设置，便于导航器的重复使用，降低手术成本，使外固定简洁可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。
Claims (5)
1.一种骨科专用的手术装置，其特征在于：它包括两个手术导航器、多个套筒(1)和多根金属丝(2)，两个手术导航器均为X光透射性导航器，每个手术导航器均包括导航架(3)、导航固定柄(4)和多个导航凸起(5)，所述多个导航凸起(5)为锥状导航凸起或半球形凸起，导航架(3)的一端设有导航固定柄(4)，导航架(3)的另一端设有多个所述导航凸起(5)，每个所述导航凸起(5)上开有一个通孔(5-1)，每个通孔(5-1)内设有一个套筒(1)，两个手术导航器的导航凸起端相对设置，且两个手术导航器之间通过穿设在多个套筒(1)内的多根金属丝(2)连接。
2.根据权利要求1所述一种骨科专用的手术装置，其特征在于：所述导航架(3)为T形导航架、椭圆形导航架、矩形导航架、环形导航架或半环形导航架，金属丝(2)为低延展度素材细丝。
3.根据权利要求2所述一种骨科专用的手术装置，其特征在于：所述手术装置还包括多个螺栓(6)和多个距离标记片(7)，设有导航柄(4)一侧的导航架(3)上设有多个螺栓(6)，且每个螺栓(6)的位置与每个所述导航凸起(5)的位置相对应，用于固定穿过通孔的金属丝(2)，穿设在所述导航凸起(5)锥尖处的每根金属丝(2)的两端各设有一个距离标记片(7)。
4.根据权利要求3所述一种骨科专用的手术装置，其特征在于：导航架(3)包括导航块(8)和多根导航管(9)，导航块(8)的左右两端各设有一根导航管(9)，导航块(8)的上端设有两个导航管(9)，每个导航管(9)的端部均设有一个所述导航凸起(5)。
5.根据权利要求4所述一种骨科专用的手术装置，其特征在于：套筒(1)为非X线透射性坚硬素材，其数量为3个-20个。
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