CN104856765A - 一种多层壳状结构的微创手术导航装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层壳状结构的微创手术导航装置，包括底板、内壳以及外壳；所述内壳和外壳的截面均为半圆状，且所述内壳和外壳均为透明的聚乙烯板；所述外壳的内径大于内壳的内径；所述底板的四周侧设置有两组支柱，第一组支柱包括四个支柱一，第二组支柱包括四个支柱二，所述四个支柱一与四个支柱二并排设置，且四个支柱二位于四个支柱一的外围；所述内壳设置于四个支柱一上，所述外壳设置与四个支柱二上。本发明还提供了一种多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法；本发明能实施置钉全程无辐射暴露；造价低廉，易于在基层医院推广应用，实现了微创置钉。

Description

一种多层壳状结构的微创手术导航装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及临床外科技术领域，尤其涉及一种多层壳状结构的微创手术导航装置及其使用方法，微创手术导航定位、置钉及穿刺。

背景技术

医学穿刺以及置钉是精度要求极高的侵入性操作，其精度与解剖结构的复杂性、可视化程度以及操作目的的难度直接相关。利用各种辅助设备实现可视化是操作的前提条件，这些辅助设备大致上有3种类型：X线、薄层CT及超声波。随着计算机技术的发展，影像医学与计算机技术结合衍生了各种导航系统，为临床各种侵入性操作提供了可视化以及术前规划的条件。

导航系统最基本的设备包括：(1)手术操作实体SO(Surgical Object)：如骨骼、韧带、肿瘤等目标物体；(2)成像设备VO(Virtual Object)：常用CT、X线、磁共振成像MRI、正电子发射型计算机断层显像PET、数字成影血管造影X线机DSA及超声等影象设备；(3)导航仪NAV(Navigator)，即在SO和VO之间的连接装置，获取操作器械在操作目标的定位。

导航系统3个基本条件是：(1)校准(Calibration)：对于描述骨骼的几何形状校准是必需的，即在操作器械上安装跟踪器，是提高图象配准精度及定位精度的第一步；(2)配准(Registration)：其目的是在VO和术前图象的基础上对手术器械定位，提供相对应的定位显象；(3)参照(Reference)：动态参照系统(Dynamic Reference Bases，DRB)可以弥补由于导航仪和骨骼位置的移动带来的误差。

追踪器是导航系统的重要部件，安装在操作器械上，并可以将器械的空间位置的变化传递到导航系统，而导航系统通过相应坐标转换，实现实时操作部位与术前模型的图像配准，指示器械所在空间位置，从而实现完全的可视化，进行合理的置钉方案规划，完成置钉。导航的过程可以归结为薄层CT扫描→建模→配准→追踪→规划→穿刺置钉。

传统二维C臂提供连续的二维图像，缺点是毗邻结构的影响而致可视化程度不高，二维性质的图像要通过医师的经验和对局部解剖的熟悉程度构建为三维结构，这是一个十分困难的过程，然而最严重的是辐射暴露对医师健康的影响，是二维C臂面临的主要问题。

现有的导航技术仍存在如下的问题:

1、辐射暴露问题

基于X线、CT的任何一种导航方式都无法避免术中辐射暴露，而基于3D打印导航可以完全无辐射下置钉，但是必须开放手术，无法实现微创置钉。

2、精度问题

导航的术中漂移是影响精度的关键，目前只能靠多次配准减少精度误差，这将延长手术时间；缺乏充分的规划也是影响置钉精度的原因，包括术前规划以及术中规划两种情况。

3D打印导航模块不存在术中漂移问题，但精度受到骨骼三维重建质量的影响，尤其是在一些骨质疏松症患者，因为骨质劣化，致使三维重建质量差，因而无法实现良好的卡位，此外，软骨和骨质增生影响三维重建质量。3D打印质量也是影响置钉质量的关键环节。术中如果卡位面剥离不干净或者剥离过多都会出现卡位不良的情况。

3、手术规划问题

在诸多导航系统中缺乏十分完善的术前规划功能，这一定程度上将影响置钉精度，而很多第三方仿真手术软件无法与导航系统无缝连接。术中规划更是不能令人满意，与术时要求高以及需要多次配准有关。

当前仿真手术数字化设计尚未形成统一的规范和评价标准，这也影响了置钉质量，同时缺乏保证术中准确按照设计方案实施置钉的有力措施。3D打印导航模块可以做到按照设计完成手术，医用机器人是唯一可以精确按照手术方案进行手术的导航设备。

4、设备昂贵问题

置钉效果良好的导航设备难以普及的原因就是设备昂贵，基层医院无法推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种多层壳状结构的微创手术导航装置，能实施置钉全程无辐射暴露；造价低廉，易于在基层医院推广应用，实现了微创置钉。

本发明问题之一是这样实现的：一种多层壳状结构的微创手术导航装置，包括底板、内壳以及外壳；所述内壳和外壳均为透明的聚乙烯板；所述外壳的内径大于内壳的内径；所述底板的四周侧设置有两组支柱，第一组支柱包括四个支柱一，第二组支柱包括四个支柱二，所述四个支柱一与四个支柱二并排设置，且四个支柱二位于四个支柱一的外围；所述内壳设置于四个支柱一上，所述外壳设置与四个支柱二上。

进一步地，所述内壳和外壳的截面均为半圆状。

进一步地，所述微创手术导航装置还包括低温热塑板，该低温热塑板位于内壳和底板之间，且固定于四个支柱一上。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法，能实施置钉全程无辐射暴露；造价低廉，易于在基层医院推广应用，实现了微创置钉。

本发明问题之二是这样实现的：一种如权利要求1所述的多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法，将患者手术部位进行消毒铺巾，将手术部位放置底板，将一低温热塑板置于热水，低温热塑板软化后，覆于手术部位上，紧密贴合，并将低温热塑板固定于底板四个支柱一上；

底板与手术部位用术中CT实施薄层CT扫描，在虚拟仿真手术软件中进行钉道布置，设置好钉道与骨骼及手术部位的位置；

通过三维配准方式，实现虚拟仿真手术软件中的底板与扫描微创手术导航装置的底板模型配准；测量设定钉道与内壳边缘的垂直距离，同理，测量钉道与外壳边缘的垂直距离，来实现钉道在内壳、外壳的定位；

通过所述测量的垂直距离的数据定位内壳、外壳的穿刺点并标记，直视下以手术电钻麻花钻头钻开内外壳，电钻更换克氏针，钻开低温热塑板，按照设计钉道进入手术部位；通过克氏针旋入空心拉力螺钉，完成置钉。

进一步地，所述热水的温度在60～70度。

本发明具有如下优点：1、本发明实施置钉全程无辐射暴露；

2、造价低廉，易于在基层医院推广应用；

3、实现了微创置钉；

4、本发明配套使用的虚拟仿真手术软件提供了非常完善的用于手术设计的功能，可以按照手术医师的意图实现合理准确的手术设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明底板的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明的一种多层壳状结构的微创手术导航装置，包括底板1、内壳2以及外壳3；是一套可装可拆的装配体。所述内壳2和外壳3的截面均为半圆状，且所述内壳2和外壳3均为透明的聚乙烯板；这样质地坚韧，不易变形。所述外壳3的内径大于内壳2的内径；所述底板1的四周侧设置有两组支柱，第一组支柱4包括四个支柱一41，第二组支柱5包括四个支柱二51，所述四个支柱41一与四个支柱二51并排设置，且四个支柱二51位于四个支柱一41的外围；所述内壳2设置于四个支柱一41上，所述外壳3设置与四个支柱二51上。底板由金属构成。

其中，所述微创手术导航装置还包括低温热塑板(未图示)，该低温热塑板位于内壳和底板之间，且固定于四个支柱一41上。低温热塑板用于固定手术操作部位。

本发明需要与薄层CT扫描以及医学三维重建软件配合使用。通过虚拟仿真手术软件(该软件是现有技术，这边就不做详细说明)设计获得钉道，通过测量定位钉道在内壳和外壳的位置，从而实现准确穿刺或者置钉。

本发明需要与低温热塑板配合使用。低温热塑板是一种60-70℃下软化的特殊物质，常温时固话，主要目的是固定需要进行穿刺和置钉的部位，使之在扫描后仍处于扫描时的位置。

本发明还提供了一种如权利要求1所述的多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法，

将患者手术部位进行消毒铺巾，将手术部位放置底板，将一低温热塑板置于热水，低温热塑板软化后，覆于手术部位上，紧密贴合，并将低温热塑板固定于底板四个支柱一上；

底板1与手术部位用术中CT实施薄层CT扫描，在虚拟仿真手术软件中进行钉道布置，设置好钉道与骨骼及手术部位的位置；

通过三维配准方式，实现虚拟仿真手术软件中的底板与扫描微创手术导航装置的底板模型配准；测量设定钉道与内壳边缘的垂直距离，同理，测量钉道与外壳边缘的垂直距离，来实现钉道在内壳2、外壳3的定位；

通过所述测量的垂直距离的数据定位内壳、外壳的穿刺点并标记，直视下以手术电钻麻花钻头钻开内外壳，电钻更换克氏针，钻开低温热塑板，按照设计钉道进入手术部位；通过克氏针旋入空心拉力螺钉，完成置钉。

其中，所述热水的温度在60～70度。

总之，本发明易于受到临床医师的接受，且简单容易掌握；

造价非常低：底板为金属板，可重复使用，内壳及外壳可采用透明聚乙烯制造，可反复多次使用；

微创下置钉：本发明无需切开即可实现准确置钉，创伤仅为钉孔，术后康复快，可以实现早期功能锻炼；

可完善设计：本发明可以通过第三方虚拟仿真手术软件设计获得满意的术前设计效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种多层壳状结构的微创手术导航装置，其特征在于：包括底板、内壳以及外壳；所述内壳和外壳均为透明的聚乙烯板；所述外壳的内径大于内壳的内径；所述底板的四周侧设置有两组支柱，第一组支柱包括四个支柱一，第二组支柱包括四个支柱二，所述四个支柱一与四个支柱二并排设置，且四个支柱二位于四个支柱一的外围；所述内壳设置于四个支柱一上，所述外壳设置与四个支柱二上。

2.根据权利要求1所述的一种多层壳状结构的微创手术导航装置，其特征在于：所述内壳和外壳的截面均为半圆状。

3.根据权利要求1所述的一种多层壳状结构的微创手术导航装置，其特征在于：所述微创手术导航装置还包括低温热塑板，该低温热塑板位于内壳和底板之间，且固定于四个支柱一上。

4.一种如权利要求1所述的多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法，其特征在于：将患者手术部位进行消毒铺巾，将手术部位放置底板，将一低温热塑板置于热水，低温热塑板软化后，覆于手术部位上，紧密贴合，并将低温热塑板固定于底板四个支柱一上；

底板与手术部位用术中CT实施薄层CT扫描，在虚拟仿真手术软件中进行钉道布置，设置好钉道与骨骼及手术部位的位置；

通过三维配准方式，实现虚拟仿真手术软件中的底板与扫描微创手术导航装置的底板模型配准；测量设定钉道与内壳边缘的垂直距离，同理，测量钉道与外壳边缘的垂直距离，来实现钉道在内壳、外壳的定位；

通过所述测量的垂直距离的数据定位内壳、外壳的穿刺点并标记，直视下以手术电钻麻花钻头钻开内外壳，电钻更换克氏针，钻开低温热塑板，按照设计钉道进入手术部位；通过克氏针旋入空心拉力螺钉，完成置钉。

5.根据权利要求3所述的一种多层壳状结构的微创手术导航装置的使用方法，其特征在于：所述热水的温度在60～70度。