CN104625049A - 一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法及产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法及产品，通过扫描仪对病人患处的组织结构进行扫描，获取患处神经及其毗邻结构的三维重建模型，计算穿刺点至目标神经的途径，并通过三维打印技术个性化快速打印穿刺所需要的穿刺针。本发明通过扫描仪扫描患处的神经及其毗邻结构，为穿刺针的个性化定制提供数据支持，通过三维快速打印技术可以制备出不同形状、大小、粗细及开口的穿刺针，一次成型，节约了材料和生产成本；不需抛光打磨，节约了时间和人力成本；提高神经阻滞的精度，减少病人痛苦；个性化满足不同部位解剖结构穿刺的特殊需要，减少患者解剖变异给临床穿刺带来的盲目性，避免了医疗纠纷的发生。

Description

一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法及产品

技术领域

本发明涉及一种穿刺针的制备方法，具体地涉及一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法及产品，属于医疗器械技术领域。

背景技术

神经阻滞是指在神经干、丛、节的周围注射药物，阻滞其冲动传导，使所支配的区域产生麻醉作用，神经阻滞只需注射一处或者少数几处，即可获得较大区域的麻醉效果，但存在引起并发症的可能，故操作时必须熟悉局部解剖，了解穿刺针所要经过的组织，以及附近的血管、脏器和体腔等，而临床经常遇到患者解剖变异，比如正常解剖变异或者肿瘤等病灶导致局部解剖变异等，这些变异区域易造成穿刺困难，穿刺成功率较低，而反复穿刺易导致血肿、神经损伤、损伤重要脏器等，神经阻滞效果欠佳，同时增加患者痛苦，给医生临床工作和实践教学带来不便，也大大增加了医疗纠纷的发生。神经阻滞的最大难点就在于神经及其毗邻的解剖结构因人而异、形状复杂、微小细节丰富，这就对神经阻滞穿刺针形状、粗细度、弯曲角度、大小、针尖的形状和开口等特性提出了较高的要求，如果能根据人体神经组织及其毗邻的具体解剖情况，使用不同的穿刺针，无疑有助于神经阻滞的实施，减少病人痛苦。

穿刺针的传统工艺在制作形状复杂的三维试件时存在以下不足，其一，传统工艺经历制模、熔浆、注模、打磨等工序，历时长，效率低，尤其是雕刻原模需要高级技师，人力资源稀缺，制作周期较长；其二，所注模成型的穿刺针规格固定，加之人体解剖变异性极大，固定模具所制穿刺针很难完全符合穿刺部位和周边组织的解剖学结构，因此无法满足不同个体的个性化穿刺需求。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法及产品，该方法通过扫描仪对病人患处的组织结构进行扫描，获取患处神经及其毗邻结构的三维重建模型，通过三维打印技术制备出适合不同患者、不同解剖变异的穿刺针，实现神经阻滞的个性化穿刺。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于三维打印技术制造神经阻滞穿刺针的方法，包括以下步骤：

(1)通过扫描仪对病人患处的组织结构进行全方位的三维扫描，获取患处神经及其毗邻结构的三维重建数据；

(2)使用计算机模拟软件对(1)中获得的三维重建数据进行处理，计算穿刺点至目标神经的确切途径，结合现有穿刺针三维模型做出个性化调整，最终获得符合患处神经穿刺要求的穿刺针的虚拟三维模型；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末；

(4)将步骤(2)中使用的计算机与三维打印机联接，在三维打印机墨盒中加入步骤(3)中配制好的超精细金属粉末，进行扫描、铺粉打印。

进一步，步骤(1)中使用的扫描仪为CT或MR扫描仪。

进一步，步骤(3)的超精细金属粉末为铁基合金粉、镍基合金粉、钛基合金粉、不锈钢粉、纯钛粉的一种。

进一步，步骤(3)的超精细金属粉末的粒径小于100微米。

进一步，步骤(4)中的扫描速度为20～300mm/s，铺粉层厚为10～200微米。

本发明还提供了一种神经阻滞穿刺针，该穿刺针由上述任一项所述的方法制备而成。

进一步，穿刺针的针头采用记忆合金或磁控记忆合金为材质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，通过扫描仪扫描病人患处的神经组织及其毗邻，为穿刺针的个性化定制提供数据支持，通过三维快速打印技术可以制备出不同形状、不同大小、不同粗细、不同弯曲角度及开口的穿刺针，一次成型，不需磨具，节约了材料和生产成本，不需抛光打磨，节约了时间和人力成本，提高了神经阻滞的精度，减少病人痛苦。此外，个性化满足不同部位解剖结构穿刺的特殊需要，减少患者解剖变异给临床穿刺带来的盲目性，避免了医疗纠纷的发生，可获得较好的穿刺效果和较高的患者满意度，也为临床医师手术过程提供便利，同时可以较好的满足实践教学需要。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

一种基于三维打印技术制造神经阻滞穿刺针的方法，包括以下步骤：

(1)通过CT或MR扫描仪对病人患处的神经组织进行全方位的三维扫描，获取患处周围神经及其毗邻结构的三维重建数据。对于不同的人体组织，使用CT或MR扫描仪的扫描参数也不尽同，通过CT或MR扫描仪扫描可以获取手术位置的神经及其毗邻结构的三维重建模型，计算穿刺点至目标神经的确切途径，比如，有的神经及其毗邻结构为直线路径，有的则需要有一定的弯曲角度，以及在穿刺过程中可能遇到或需要回避的组织、血管、神经和重要脏器等；

(2)通过计算机模拟软件结合步骤(1)所获得的患处神经及其毗邻结构的三维重建数据，计算穿刺点至目标神经的确切途径，及穿刺过程中可能遇到或需回避的组织、血管、神经和重要脏器等，参照现有穿刺针的形状，再结合步骤(1)获取的CT或MR扫描数据，确定需要打印穿刺针的粗细、长度、弯曲角度、针尖形状及针尖开口方向的三维图形，在计算机中对该图形进行局部修复，以获得符合患处神经穿刺要求的穿刺针的虚拟的三维模型；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末，超精细金属粉末可以为铁基合金粉、镍基合金粉、钛基合金粉、不锈钢粉、纯钛粉中的一种，为达到良好的成型效果，将金属粉末加工成粒径小于100微米的超精细粉末；

(4)将上述步骤(2)中所用的计算机与三维打印机联接，将配制好的超精细金属粉末加入三维打印机墨盒内，进行打印，其中打印机扫描方式为变向分区扫描与环形扫描相结合的方式进行，成型过程以选区激光熔化技术并逐层堆叠方式喷射成型，扫描速度控制在20～300mm/s，铺粉层厚要求在10～200微米。

实施例一

本例用于获取臂丛神经阻滞穿刺针，由于臂丛神经分布在神经鞘、肌间隙的不同水平面上，普通的穿刺针只能达到单点注入局麻药，而单点注射局麻药不能阻滞所有臂丛神经分支，另外，较多患者存在解剖变异，穿刺径路的脂肪、肌肉及皮下组织厚度不同，传统穿刺定位和穿刺路径容易导致穿刺失败。另外，传统穿刺针的针尖斜面触及神经时，是以切割组织为主，对神经组织损伤较大，容易使病人产生异感。要获取良好的麻醉效果和保证患者安全，必须进行多点、多方向、多层面穿刺和注射。

本例采用三维打印技术制备具有多点的臂丛神经阻滞穿刺针，其操作步骤如下：

(1)通过MR扫描仪对病人患处的臂丛神经组织(臂丛神经节前、后段)进行全方位的三维扫描，获取患处周围神经及其毗邻结构的三维重建数据，其中MR扫描仪参数设定为：

(a)使用设备，3.0TGE Signa HDX超高场磁共振；线圈，头颈联合NV-8通道线圈；

(b)扫描体位：患者仰卧位，头先进，垫高肩部以减小颈椎曲度，患者扫描过程中不要做吞咽动作并保持身体不动；

(c)扫面范围，C3-T2(臂丛神经节前段)、冠状面扫描(臂丛神经节后段)；管电压，120kV；管电流，120-200mAs；扫描时间，0.5-0.8s/r；螺距，0.7-1.5；扫描层厚，3mm；重建层厚，1.5mm；重建层间隔，1.5mm；扫描模式，螺旋扫描；

(2)参照现有穿刺针的形状、构造，再结合步骤(1)中获取的MR扫描数据，确定需要打印穿刺针的长度、刻度、针尖开口的角度、粗细、针尖形状及开口的三维图形，在计算机中对该图形进行局部修复，以获得符合患处神经穿刺要求的穿刺针的虚拟的三维模型；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末，本例选取镍基合金粉作为打印粉末，其质量百分数分别为：铬10.4％、硼2.6％、硅2.6％，碳化钨35％、铁9.7％、镍39.7％，将该金属粉末加工成粉末粒径为20微米的镍基超精细粉末；

(4)将上述步骤(2)中所用的计算机与三维打印机联接，将配制好的镍基超精细金属粉末加入三维打印机墨盒内，进行打印，其中打印机扫描以变向分区与环形扫描相结合的方式进行，成型过程以选区激光熔化技术喷射成型，此过程的纳米级超精细金属粉末被一点点粘结上去，最终逐渐堆叠成型，此过程不需要任何粘结剂，也不需要支撑材料，铺粉层厚在20微米，激光扫描速度控制在10mm/s，最终打印出的金属神经阻滞穿刺针不再需要人工打磨，可直接应用。

实施例二

本例属于腹腔神经丛穿刺针，用于人体经皮腹腔神经丛穿刺阻滞治疗上腹部器官疼痛。腹腔神经丛穿刺阻滞治疗疼痛，临床常应用传统的10～12cm长的22号细针、直针穿刺(首先垂直皮肤进针，触及横突骨面，回针至皮下，向上改变角度，滑过横突刺入)，操作程序复杂，穿刺难度大，易伤及肾脏、主动脉、腰动脉、下腔静脉、椎管等，穿刺风险大，临床常借助于X影像监视穿刺。

本例采用三维打印技术制备腹腔神经丛阻滞穿刺针，其操作步骤如下：

(1)通过CT扫描仪对病人患处的腹腔神经丛进行全方位的三维扫描，获取患处周围神经及其毗邻结构的三维重建数据，其中扫描参数设定为：

(a)设备：任何CT型号皆可，如GE Lispeed Pro 16；

(b)扫描范围，C4-T2；管电压，120kV；管电流，120-200mAs；扫描时间，0.5-0.8s/r；螺距，0.7-1.5；扫描层厚，5mm；重建层厚，1.5mm；重建层间隔，1.5mm；扫描模式，螺旋扫描；

(2)过程与实施例一中步骤(2)的操作过程一致，此外，本例使用长度为8-20cm的针管，针尖为钝头，注药孔设计在针杆前方侧壁，并根据患者不同组织毗邻、解剖变异和发育情况，把针杆曲成圆弧型，针管内径为lmm，针管内有同一弯度和长度的不锈钢管芯。这种结构更符合腰横断面解剖特点，进针点距离棘突正中线短，穿刺途径不会损伤肾脏等重要脏器。钝头针尖更靠近锥体前正中缘。针尖采用圆钝头，圆钝针尖上设有出液孔，在针杆前端的侧面上设有数个不同位置的出液孔。针杆上设有均匀的曲线刻度、距离针尖直线距离换算刻度及与针杆前端所成角度；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末，本例选取纯不锈钢粉作为打印粉末，将不锈钢粉加工成粒径为50微米的超精细粉末；

(4)将上述步骤(2)中所用的计算机与三维打印机联接，将配制好的不锈钢粉粉末加入三维打印机墨盒内，进行打印，扫描速度控制在300mm/s，其中铺粉层厚设在200微米，最终打印出的神经阻滞穿刺针无毛刺，不再需要人工进行打磨。

实施例三

本例属于硬膜外腔穿刺针，用于人体经皮穿刺阻滞硬膜外腔产生麻醉作用，方便手术。临床硬膜外腔穿刺，常应用传统的10～15cm长的16号，由医用高分子和不锈钢材料制成。医师对临床患者进行硬膜外穿刺的操作程序复杂，穿刺难度大，易伤及背根神经、血管、硬脊膜、脊髓等等，可导致脑脊液漏，全脊髓麻痹、硬膜外血肿、神经损伤、脊髓损伤等，临床多由高年资医师完成。

本例采用三维打印技术制备硬膜外腔穿刺针，其操作步骤如下：

(1)通过CT扫描仪对病人患处的脊柱和髓腔进行全方位的三维扫描，获取患处脊髓、背根神经节神经及其毗邻结构的三维重建数据，其中扫描参数设定为：

(a)设备：任何CT型号皆可，如GE Lispeed Pro 16；

(b)扫描范围，C4-T2；管电压，120kV；管电流，120-200mAs；扫描时间，0.5-0.8s/r；螺距，0.7-1.5；扫描层厚，5mm；重建层厚，1.5mm；重建层间隔，1.5mm；扫描模式，螺旋扫描；

(2)过程与实施例一中步骤(2)的操作过程一致，此外，本例使用长度为8-20cm的针管、记忆合金材质的针尖、注药孔设计在针尖及其前方侧壁；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末，针尖材质选用镍钴合金，其中镍Ni8％～30％，钴Co55％～92％，将镍钴合金加工成粒径为50微米的超精细粉末；

(4)将上述步骤(2)中所用的计算机与三维打印机联接，将配制好的不锈钢粉粉末加入三维打印机墨盒内，进行打印，扫描速度控制在300mm/s，其中铺粉层厚设在200微米，最终打印出的针尖为记忆合金的神经阻滞穿刺针，不再需要人工进行打磨。

针尖材质为记忆合金的穿刺针用法：进针点选择在脊柱正中线上两棘突间隙的中点，做皮丘再行皮下及深部侵润麻醉达棘上韧带和棘间韧带。同时探明硬膜外穿刺的进针的方向，选用15G锐针破皮和韧带，将带有针芯的穿刺针沿针眼刺入皮肤，使进针方向与棘突平行，穿过棘上韧带刺入棘间韧带，抵达黄韧带时有韧性感，一旦突破黄韧带即有阻力顿时消失的落空感，同时注液可毫无阻力，表明针尖已进入硬膜外(正中入路法)。考虑到直针穿刺损伤神经血管的可能，把针尖记忆设为合金材质，针管内有一不锈钢管芯。这种结构在针尖进入硬膜外腔后，退出管芯，记忆合金针尖回复柔软弯曲状态，在置管和给药过程中，不会损伤神经血管。尤其在患者因咳嗽或紧张轻微移动身体时或操作者经验欠缺、粗暴时，避免穿刺针移动损伤神经、血管、穿破硬脊膜、脑脊液漏等，同时便于施药。

通过三维快速打印技术可以制备出不同形状、不同大小、不同粗细、不同弯曲角度及开口的穿刺针，实现个性化定制，解决了穿刺针型号与患者不匹配问题；穿刺针一次成型，不需磨具，节约了材料和生产成本；不需抛光打磨，节约了时间和人力成本，提高了神经阻滞的精度，减少病人痛苦。此外，个性化满足不同部位解剖结构穿刺的特殊需要，减少患者解剖变异给临床穿刺带来的盲目性，避免了医疗纠纷的发生，可获得较好的穿刺效果和较高的患者满意度，也为临床医师手术过程提供便利，同时可以较好的满足实践教学需要。

上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种基于三维打印技术制造神经阻滞穿刺针的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过扫描仪对病人患处的组织结构进行全方位的三维扫描，获取患处神经及其毗邻结构的三维重建数据；

(2)使用计算机模拟软件对(1)中获得的三维重建数据进行处理，计算穿刺点至目标神经的确切途径，结合现有穿刺针三维模型做出个性化调整，最终获得符合患处神经穿刺要求的穿刺针的虚拟三维模型；

(3)配制神经阻滞穿刺针需要的超精细金属粉末；

(4)将步骤(2)中使用的计算机与三维打印机联接，在三维打印机墨盒中加入步骤(3)中配制好的超精细金属粉末，进行扫描、铺粉打印。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用的扫描仪为CT或MR扫描仪。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法，其特征在于，所述步骤(3)的超精细金属粉末为铁基合金粉、镍基合金粉、钛基合金粉、不锈钢粉、纯钛粉的一种。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法，其特征在于，所述步骤(3)的超精细金属粉末的粒径小于100微米。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于三维打印技术制备神经阻滞穿刺针的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的扫描速度为20～300mm/s，铺粉层厚为10～200微米。

6.一种神经阻滞穿刺针，其特征在于，该穿刺针由上述权利要求1-5任一项所述的方法制备而成。

7.根据权利要求6所述的一种神经阻滞穿刺针，其特征在于，所述穿刺针的针头采用记忆合金或磁控记忆合金为材质。