CN104983460A - 腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法 - Google Patents

腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法，制备方法包括：（1）采集目标对象的腰椎CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型；（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，设置导航杆穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心；（3）创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体减去导航杆和对应的腰椎，得到具有导航通道的导航模块模拟体；（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法设计简单，所制备的导航模块使用时与腰椎接触的面积小，仅需剥离“人”字嵴骨面周围的软组织，损伤较小。

Description

腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法
技术领域
本发明涉及腰椎椎弓根螺钉内固定骨折复位导航技术领域，特别是涉及一种腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法。
背景技术
腰椎椎弓根螺钉内固定系统能有效实现腰椎的前、中、后三柱固定，加强腰椎的支撑及抗扭转的刚度,且具有良好的生物力学性能，故在临床治疗腰椎相关疾病中广泛应用，治疗腰椎疾病时获得了良好的临床治疗效果，得到了医生和患者的普遍认可。
因腰椎椎弓根的固有解剖结构较为狭窄，且腰椎椎弓根周围毗邻血管、神经及脊髓等重要的解剖结构，准确地植入腰椎椎弓根螺钉非常关键，若腰椎椎弓根螺钉植入位置出现较大偏差，椎弓根螺钉内固定系统强度会下降甚至可能失效，影响椎弓根螺钉植入手术的疗效，而且突出椎弓根皮质的椎弓根螺钉可能损伤毗邻重要组织结构，造成严重的并发症。
近年来，随着科技的进步，3D打印技术发展迅速。3D 打印机可打印出器官或组织的三维实体模型，能将器官或组织内部结构的细节真实地突显出来，使医学知识变得更为直观明了。与此同时，通过3D打印技术制造出三维实体模型可以清晰直观地显示患者的疾病状况，以便医生更为详细地了解患者的病情，如复杂骨折、严重畸形等。其提供了比医学影像资料更加具体的解剖学信息，实现了由虚拟到现实、由二维到三维、由平面到立体的转变。医生可直接在打印的三维实体模型上进行手术设计及模拟试验，开拓思路，熟练手术操作，以确保实际手术的成功。因此，3D打印技术为临床疾病的诊断和治疗提供了个性化、精确化的新思路和新方法。
3D打印导航模板辅助植入腰椎椎弓根螺钉具有螺钉植入精确性高、操作简单、减少射线暴露、缩短手术时间等优点，因此具有较好的临床应用前景。
中国专利申请公开号为CN 101953713 A的发明专利申请公开了一种可用于椎弓根定位的导航模板，其导航模板的制作方法包括如下步骤：先采集原始数据并在计算机上建立椎骨三维模型；然后对椎弓根进钉孔道进行三维分析，提取椎板后部轮廓，在系统中建立与椎板后部轮廓相吻合的虚拟反向模板；将所述虚拟反向模板与所述椎弓根进钉孔道拟合，建立虚拟的进钉模板；然后利用快速成型技术将进钉模板制作出来；其进钉模板为与椎板后部轮廓吻合的反向导航模板。该发明将数字技术，反求工程和快速成形技术有机结合，从而达到快速、廉价、高效地对椎弓根进行精确定位。该专利申请方案仍存在下述不足：（1）导航模板与椎板后部所贴合的面积较大，需要彻底剥离椎板后部的软组织较多，损伤较大。（2）导航模块的数字化设计较为复杂，学习曲线长。其导致原因是数字化设计的导航模块本身存在不足。
因此，针对现有技术不足，提供一种腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法，腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法设计简单，所制备的腰椎椎弓根螺钉导航模块使用时与腰椎接触的面积小，仅需剥离“人”字嵴骨面周围的软组织，损伤较小。
本发明的上述目的通过以下技术措施实现：
一种腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，包括如下步骤：
（1）采集目标对象的腰椎CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型；
（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，设置导航杆穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心；
（3）基于导航杆，创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体减去导航杆和对应的腰椎，得到具有导航通道的导航模块模拟体；
（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。
上述导航模块模拟体还设置有抓握杆，所述抓握杆固定于所述导航模块模拟体的主体。
上述步骤（1）具体是采用三维重建软件Mimics 14.0进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型。
上述步骤（2）的进钉点位于腰椎“人”字嵴的顶点。
上述导航模块主体设置为圆柱体，圆柱体的半径为7mm-9mm、长度为40mm-50mm。
上述步骤（3）中导航通道的直径为2mm。
上述抓握杆的直径为5-7mm。
上述步骤（4）具体采用的3D打印材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
本发明提供的腰椎椎弓根螺钉导航模块，通过上述的制备方法制备而成。
本发明的一种腰椎椎弓根螺钉导航模块及其制备方法，制备方法包括如下步骤：（1）采集目标对象的腰椎CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型；（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，设置导航杆穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心；（3）基于导航杆，创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体减去导航杆和对应的腰椎，得到具有导航通道的导航模块模拟体；（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法设计简单，所制备的腰椎椎弓根螺钉导航模块使用时与腰椎接触的面积小，仅需剥离“人”字嵴骨面周围的软组织，损伤较小。
附图说明
结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例2三维重建得到虚拟腰椎三维模型。
图2是基于虚拟腰椎三维模型设置导航杆、导航模块模拟体的结构示意图。
图3是虚拟腰椎三维模型与导航模块模拟体的模拟配合示意图。
图4是导航模块模拟体的结构示意图。
在图1至图4中，包括：
腰椎10、导航模版模拟体20、
主体30、抓握杆40、导航通道50。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1。
一种腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，包括如下步骤：
（1）采集目标对象的腰椎CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型；具体是采用三维重建软件Mimics 14.0进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型。
（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，优选进钉点位于腰椎“人”字嵴的顶点，设置导航杆穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心。
（3）基于导航杆，创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体减去导航杆和对应的腰椎，得到具有导航通道的导航模块模拟体。
其中，导航模块主体设置为圆柱体，圆柱体的半径为7mm-9mm、长度为40mm-50mm，导航通道的直径为2mm。
个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体的主体前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面完全反向，易于贴合，可以良好地固定在腰椎“人”字嵴处，就像一个“凹”字和“凸”字完美结合。
在实际腰椎椎弓根螺钉植入手术中，手术人员必须带无菌橡胶手套，手套上沾血后容易发生打滑现象。上述因素会导致术者难以握紧个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块，从而引起个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块固定不牢，影响导航效果，甚至可能引起腰椎椎弓根螺钉的植入出现严重偏差，造成难以挽回的并发症。因此，为了便于抓握，导航模块模拟体还设置有抓握杆，所述抓握杆固定于所述导航模块模拟体的主体。抓握杆的直径为5-7mm，优选为6mm。
（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。具体采用的3D打印材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
本发明的方法制备腰椎椎弓根螺钉导航模块，制备过程简单方便。所制备的腰椎椎弓根螺钉导航模块利用了腰椎后部“人”字嵴部位崎岖的解剖结构，便于导航模块的固定，与腰椎接触的面积较小，仅需剥离“人”字嵴骨面周围的软组织，损伤较小。
实施例2。
以一腰椎目标对象为例，对本发明腰椎椎弓根螺钉导航模块进行说明。
一种腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，包括如下步骤：
（1）采集目标对象的腰椎10的CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型，步骤（1）具体是采用三维重建软件Mimics 14.0进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型，如图1所示。
（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，优选进钉点位于腰椎“人”字嵴的顶点，设置导航杆60穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心，如图2所示。
（3）如图3所示，基于导航杆60，创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体30的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体30减去导航杆60和对应的腰椎，得到具有导航通道50的导航模块模拟体，如图4所示。
其中，导航模块主体30设置为圆柱体，圆柱体的半径为7mm-9mm、长度为40mm-50mm，导航通道50的直径为2mm。
个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体的主体30前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面完全反向，易于贴合，可以良好地固定在腰椎“人”字嵴处，就像一个“凹”字和“凸”字完美结合。
为了便于抓握，导航模块模拟体还设置有抓握杆40，抓握杆40固定于导航模块模拟体的主体30。抓握杆40的直径为5-7mm，优选为6mm。
（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。具体采用的3D打印材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，设置3D打印机的打印属性，调整为高精度打印状态（此种状态下打印精度为0.1mm），调节3D打印机的打印平面，使3D打印机的喷头到打印平面的距离恰好可以顺滑地通过一张折叠的A4纸。接着，调节个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块和三维腰椎模型的放置方式，使其与打印平面的接触面积最大化，此时打印模型获得最稳定体位，以提高打印的成功率并减少打印支架的形成，这样便提高了3D打印机的制造效率并且节约了3D打印材料。最后，设置3D打印机喷头的温度为230度，启动3D打印程序，喷头加热到预定的温度后，便开始逐层打印堆积，最终制造出个体化腰椎椎弓根螺钉导航模块和三维腰椎实体模型。
本发明的方法制备腰椎椎弓根螺钉导航模块，制备过程简单方便。所制备的腰椎椎弓根螺钉导航模块利用了腰椎后部“人”字嵴部位崎岖的解剖结构，便于导航模块的固定，与腰椎接触的面积较小，仅需剥离“人”字嵴骨面周围的软组织，损伤较小。
后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采集目标对象的腰椎CT数据，进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型；
（2）根据虚拟腰椎三维模型，选择进钉点，设置导航杆穿过虚拟腰椎三维模型的椎弓根中心；
（3）基于导航杆，创建腰椎椎弓根螺钉导航模块模拟体，使导航模块模拟体主体的前端与腰椎“人”字嵴部位的骨面紧密贴合，再通过布尔运算，用导航模块模拟体主体减去导航杆和对应的腰椎，得到具有导航通道的导航模块模拟体；
（4）根据导航模块模拟体，采用3D打印设备打印得到导航模块。
2.根据权利要求1所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，所述导航模块模拟体还设置有抓握杆，所述抓握杆固定于所述导航模块模拟体的主体。
3.根据权利要求2所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）具体是采用三维重建软件Mimics 14.0进行三维重建得到虚拟腰椎三维模型。
4.根据权利要求3所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的进钉点位于腰椎“人”字嵴的顶点。
5.根据权利要求4所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，导航模块主体设置为圆柱体，圆柱体的半径为7mm-9mm、长度为40mm-50mm。
6.根据权利要求5所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中导航通道的直径为2mm。
7.根据权利要求6所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，所述抓握杆的直径为5-7mm。
8.根据权利要求7所述的腰椎椎弓根螺钉导航模块的制备方法，其特征在于，步骤（4）具体采用的3D打印材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
9.一种腰椎椎弓根螺钉导航模块，且特征在于：通过所述权利要求1至8任意一项所述的制备方法制备而成。
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