CN106236259B - 脑侧室引流导引器及其使用方法 - Google Patents

脑侧室引流导引器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脑侧室引流导引器，包括导板，导板上设置与导板相交的导管，导管的轴截面将导管及导板分成两部分，导板上还设置可将两部分导板对接在一起的连接结构，所述导管的内径大于等于引流管的外径。上述导引器的使用方法包括以下步骤：（1）数据采集；（2）三维模型的构建；（3）3D打印导引器；（4）临床应用。本发明导引器在手术过程中，通过导板上的导管的位置和角度进行穿刺，实现准确到位和引流，引流手术的一次性成功率可达100%，且在引流成功后，导引器方便取下。本发明的导引器既可通用也可个性化定制，适应性广。

Description

脑侧室引流导引器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种外科装置及方法，具体是一种神经外科手术中的脑侧室引流导引器及其使用方法。
背景技术
当某些原因引起脑室系统积水的时候，往往根据病情的发展需要对脑室系统进行插管引流术，减少脑脊液的量，缓解脑积水引起的症状和损害。人体头部脑室系统位置相对固定，CT扫描时使CT扫描线与人体重要的基线OM线(听眦线，外耳道与眼外眦的连线)平行，基于这个基线可以初步推断脑内的结构位置，特别是脑室系统的位置。
在实际工作中，脑外科医生都是参照CT片，凭经验在颅骨表面标记钻孔，然后按照一定角度进行引流管的穿刺，无法准确将引流管放至最佳位置，并可能由于置入位置不准确导致引流不成功，成功的标准以有脑脊液流出为准，如果不成功还要反复调整，造成脑组织的损伤。穿刺失败最主要的原因是穿刺点和穿刺方向不对，因此应严格确定穿刺点，掌握穿刺方向。
发明内容
针对上述问题，为提高脑外科穿刺的成功率，减少对患者脑组织的损伤，本发明旨在提供一种可帮助医生固定穿刺点及穿刺方向的导引器。
本发明采取的技术方案如下：
一种脑侧室引流导引器，包括导板，导板上设置与导板相交的导管，导管的轴截面将导管及导板分成两部分，导板上还设置可将两部分导板对接在一起的连接结构，所述导管的内径大于等于引流管的外径。
所述导板是根据头颅CT扫描结果进行建模并3D打印得到的，导板的下缘边线与患者的OM线重合，其曲度与患者头颅完美贴合，利于定位。
所述导管在导板上的位置以及倾角是根据头颅CT扫描结果进行确定的。
引流手术前，将导板的两部分接合，形成完整的导管，穿刺针及引流管通过导管进行穿刺，穿刺完后需要将导引器去除。但因引流管后端所附带的结构都比进入导管的部分粗大，在引流成功后导板无法顺着引流管抽出，因此在设计导板的时候将导板分成两部分，使用时通过连接结构连接，引流成功后则打开连接结构将导板分离为两部分以顺利移除。
进一步地，所述连接结构为配合使用的凸起和凹槽，在导板的一部分上设置凸起，在另一部分上设置凹槽，当需将导板的两部分对接时，将凸起卡进凹槽中即可实现对接。该连接结构制作时凸起和凹槽与导板一体打印成型，无需再另行加装连接结构，制作简单，使用方便。
进一步地，所述连接结构为配合使用的圆锥体与环形固定件，圆锥体的底固定于导板上，环形固定件的内圆直径小于圆锥体的底面直径，所述圆锥体被导管的轴截面分成两部分，分别位于导板的两部分上。当将两部分导板接合时，形成完整结构的导管及圆锥体，此时将环形固定件从圆锥体的顶套在圆锥体上，当环形固定件落至与其内圆直径相等的圆锥体截面时，环形固定件将圆锥体紧紧固定住，实现导板两部分的连接。在引流成功后，由于引流管后端为粗大的连接件部分，不能将导引器退下来，可以将两个环形固定件取下后，将导板以导管为中心分离成两部分即可方便取下。该连接结构制作时圆锥体与导板一体打印成型，无需再另行加装连接结构，制作简单，使用方便，且连接牢固，并容易打开。
更进一步地，上述连接结构为配合使用的截顶圆锥体与环形固定件，截顶圆锥体的底固定于导板上，环形固定件的内圆直径大于截顶圆锥体的顶面直径且小于截顶圆锥体的底面直径，所述截顶圆锥体被导管的轴截面分成两部分，分别位于导板的两部分上。相比于圆锥体，截顶圆锥体使用起来更安全，不会由于存在尖顶而损伤医护工作人员及患者。
更进一步地，环形固定件的内圆直径与圆锥体从底向顶1/6-3/4位置的截面直径相等，在此区间内，既能保证环形固定件将圆锥体牢固的固定在一起，又能方便环形固定件的取下(环形固定件与导板之间存在一定间隙，方便手指借力)，更进一步地，优选1/3。
进一步地，连接结构还可以采取的方式为锁扣、粘接等。
进一步地，导板上还设置耳部辅助定位孔，使用时，定位孔卡在患者耳部，使导板的边线与OM线重合，方便导板的准确定位。
本发明的另一个目的是提供一种脑侧室引流导引器的使用方法，包括以下步骤：
(1)数据采集：对头部进行CT扫描并存储扫描数据；
(2)三维模型的构建：将CT扫描数据导入建模软件并依据CT扫描数据建立导引器的三维模型；
(3)3D打印导引器：依据构建的三维模型打印导引器；
(4)临床应用：将导引器的下半部分的下缘按照OM线(9)贴合到头皮上，沿半个导管(4)的轴心位置在头皮的相应位置上标记，取下导板(1)，在标记处局麻切开头皮暴露骨膜，并在颅骨上打孔，将导引器组装，对齐OM线(9)安装在头皮上，将脑室引流管插入导管(4)，按照导管(4)的角度及CT片估计的深度进行穿刺，在到达预定深度后以出现脑脊液流出为成功表现，此时将导引器分成两半取下，缝合头皮，将外部引流管进行固定，手术完成。
进一步地，数据采集的具体步骤为：对人体进行CT扫描的时候，按照平行于标准OM线向足侧作为基准线向头顶进行螺旋扫描，扫描完成后将主机中的图像再次按照更薄层厚进行数据重建，得到的薄层DICOM格式数据作为3D建模的基础。使用薄层数据进行3D建模，做出的模型表面细腻，贴合度高。因采用的是DICOM格式的数据，内包含了真实组织结构的所有位置信息，用建模软件进行深度距离测量、设计等操作的时候也都是针对患者真实的信息进行具体定制的。
进一步地，三维模型构建的具体步骤为：首先将CT机生成的薄层DICOM格式数据导入建模软件，参照被扫描者的横轴位、冠状位、矢状位图像设计引流管从头皮到侧脑室的角度、深度和管径，生成导管，调整图像的选择范围包括头皮并3D建模，同时以头皮组织为分界向外膨胀2-10mm作为导引器导板的厚度，按照设计方案在膨胀表面选择导引器的外形并去除多余部分，将导引器与导管通过布尔运算合并、去除等运算后，生成具有导管的导引器，以导管为中心在水平两侧放置两个上窄下宽的圆锥体或截顶圆锥体，并沿着通过这三个部件的中心的直线将导引器切开分离，设计两个能扣到圆锥体上的环形固定件，通过3D打印打印出四个部分，通过两个环形固定件将两块导板完整的对接固定，即可消毒使用。
更进一步地，导板厚度为3mm，由于3D打印成本较高，因此厚度越小成本越低，但是也不宜过薄，过薄或过厚都会导致导引器与头皮的贴合度欠佳。
进一步地，3D打印导引器的具体步骤为：将建模软件导出的导引器的四部分STL文件导入到FDM型(熔融沉积模式)3D打印机专用切片软件中进行切片，转化为3D打印机可以读取打印的G格式文件，将G文件拷贝到SD卡中，插入到3D打印机进行打印，所用打印材料为PLA(生物塑料)。
本发明通过颅脑CT三维立体图像，确定最佳引流穿刺点在头部的投影点及穿刺角度，通过3D打印技术按照头颅的曲度制作穿刺引流导板用于手术辅助。手术时依据导板的边线与OM线重合及曲度与头颅贴合的原则，将导板固定在头皮上，通过导板上的导管的位置和角度进行穿刺，实现准确到位和引流，引流手术的一次性成功率可达100％，在引流成功后，由于引流管后端为粗大的连接件部分，不能将导引器退下来，此时将导板以导管为中心分离成两部分即可方便取下。
由于成人的颅脑结构参数差距不大，因此本发明的导引器可以是针对大量成人头部结构进行分析并建模打印得到的通用型导引器，以提前批量生产，满足急用需求，在具体手术时结合患者的具体CT扫描图像评估通用型导引器是否适用，经20例手术实例证实，通用型导引器可满足80％患者适用需求。在特殊情况下也可根据本发明的方法进行个性化定制，以进一步增加手术的精确度。
附图说明
图1实施例1导引器结构示意图；
图2实施例1导引器爆炸图；
图3实施例1导引器工作状态示意图；
图4实施例2导引器导板剖面结构示意图。
图1-4中：1-导板；2-截顶圆锥体；3-环形固定件；4-导管；5-耳部辅助定位孔；6-导板的下缘边线；7-凸起；8-凹槽；9-OM线。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
通用型脑侧室引流导引器的制备和使用：
(1)数据采集及分析：收集大量的不同成人的CT扫描数据，并对这些数据进行分析，剔除个别CT数据明显与大部分CT数据差异较大的数据，剩余一致性较高的大部分CT数据留下作为3D建模的基础。对人体进行CT扫描的时候，按照平行于标准OM线向足侧作为基准线向头顶进行螺旋扫描，扫描完成后将主机中的图像再次按照更薄层厚进行数据重建，得到薄层DICOM格式数据。
(2)三维模型的构建：在上述步骤留选的数据中随机抽选多个不同个体的薄层DICOM格式数据导入建模软件，参照多个成人的横轴位、冠状位、矢状位图像设计引流管从头皮到侧脑室的角度、深度和管径(取多个成人CT数据的平均值)，生成导管。调整图像的选择范围包括头皮并3D建模，同时以头皮组织为分界向外膨胀3mm作为导引器导板的厚度，按照设计方案在膨胀表面选择导引器的外形并去除多余部分。将导引器与导管通过布尔运算合并、去除等运算后，生成具有导管的导引器。以导管为中心在水平两侧放置两个上窄下宽的截顶圆锥体，并沿着通过这三个部件(导管和两个截顶圆锥体)的中心的直线将导引器切开分离，设计两个能扣到圆锥体上的环形固定件。
(3)3D打印导引器：将建模软件导出的导引器的四部分STL文件导入到FDM型(熔融沉积模式)3D打印机专用切片软件中进行切片，转化为3D打印机可以读取打印的G格式文件，将G文件拷贝到SD卡中，插入到3D打印机进行打印，所用打印材料为PLA(生物塑料)。打印得到如图2所示的四个部分：导板1的两部分以及两个环形固定件3，导板1上设有与其相交的导管4，导管4平均分成的两部分分别位于导板1的两部分上，导管4的内径大于引流管的外径。图2中还可见被平均分到导板1的两部分上的截顶圆锥体2，以及耳部辅助定位孔5。图1所示的为将上述四个部分组合在一起的结构示意图。
(4)临床应用：患者男，36岁，外伤性梗阻性脑积水，术前行常规CT扫描发现患者第四脑室以上脑室系统扩大，位置对称无明显移位。通过临床医生对比CT图像，可以直接使用提前打印好的导引器进行脑室引流。术前先对导引器进行低温等离子消毒，对患者进行剃发消毒等准备，如图3所示，将导板1的下缘边线6按照OM线9贴合到头皮上，耳部辅助定位孔5卡在耳根上缘，在半个导管4的轴心位置在头皮的相应位置上标记。取下导板1，在标记处局麻切开头皮暴露骨膜，并在颅骨上打孔，将导引器组装，对齐OM线9安装在头皮上并手扶固定，将脑室引流管插入导管4，按照导管4的角度及CT片估计的深度进行穿刺，在到达预定深度后以出现脑脊液流出为成功表现。此时取下双侧环形固定件3，将导引器分成两半取下，缝合头皮，将外部引流管进行固定，手术成功完成。
实施例2
个性化定制脑侧室引流导引器的制备和使用：
患者女，80岁，右侧丘脑区出血并破入脑室系统，右侧脑室积血扩大压迫中线明显向左偏移。根据术前的急诊常规CT发现正常脑室系统移位变形严重，不能使用通用型导引器进行引流，决定使用个性化定制导引器进行手术。按照以下步骤制备导引器：
(1)数据采集：对该患者进行CT扫描，按照平行于标准OM线向足侧作为基准线向头顶进行螺旋扫描，扫描完成后将主机中的图像再次按照更薄层厚进行数据重建，得到的薄层DICOM格式数据作为3D建模的基础。
(2)三维模型的构建：首先将CT机生成的薄层DICOM格式数据导入建模软件，参照该患者的横轴位、冠状位、矢状位图像设计引流管从头皮到侧脑室的角度、深度和管径，生成导管。调整图像的选择范围包括头皮并3D建模，同时以头皮组织为分界向外膨胀4mm作为导引器导板的厚度，按照设计方案在膨胀表面选择导引器的外形并去除多余部分。将导引器与导管通过布尔运算合并、去除等运算后，生成具有导管的导引器。以导管为中心在水平两侧放置两个上窄下宽的截顶圆锥体，并沿着通过这三个部件(导管和两个截顶圆锥体)的中心的直线将导引器切开分离，在两块导板相接位置分别设置相互匹配的凸起和凹槽，设计两个能扣到圆锥体上的环形固定件。
(3)3D打印导引器：将建模软件导出的导引器的四部分STL文件导入到FDM型(熔融沉积模式)3D打印机专用切片软件中进行切片，转化为3D打印机可以读取打印的G格式文件，将G文件拷贝到SD卡中，插入到3D打印机进行打印，所用打印材料为PLA(生物塑料)。打印得到如图2所示的四个部分：导板1的两部分以及两个环形固定件3，导板1上设有与其相交的导管4，导管4平均分成的两部分分别位于导板1的两部分上，导管4的内径大于引流管的外径。图2中还可见被平均分到导板1的两部分上的截顶圆锥体2，以及耳部辅助定位孔5。图4导板1剖面结构示意图中还可见互相配合的凸起7及凹槽8。图1所示的为将上述四个部分组合在一起的结构示意图。
(4)临床应用：将导引器进行低温等离子消毒，对患者进行剃发消毒等准备，如图3所示，将导板1的下缘边线6按照OM线9贴合到头皮上，耳部辅助定位孔5卡在耳根上缘，在半个导管4的轴心位置在头皮的相应位置上标记。取下导板1，在标记处局麻切开头皮暴露骨膜，并在颅骨上打孔，将导引器组装，对齐OM线9安装在头皮上并粘胶带固定，将脑室引流管插入导管4，按照导管4的角度及CT片估计的深度进行穿刺，在到达预定深度后以出现脑脊液流出为成功表现。此时取下双侧环形固定件3，打开凸起7和凹槽8配合，将导引器分成两半取下，缝合头皮，将外部引流管进行固定，手术成功完成。

Claims (7)

1.一种脑侧室引流导引器，其特征在于，包括导板(1)，导板(1)上设置与导板(1)相交的导管(4)，导管(4)的轴截面将导管(4)及导板(1)分成两部分，导板(1)上还设置可将两部分导板(1)对接在一起的连接结构，所述导管(4)的内径大于等于引流管的外径；
所述导板(1)是根据头颅CT扫描结果进行建模并3D打印得到的，导板的下缘边线(6)与患者的OM线(9)重合，导板(1)曲度与患者头颅贴合；所述导管(4)在导板(1)上的位置以及倾角是根据头颅CT扫描结果进行确定的；
所述连接结构为配合使用的截顶圆锥体(2)与环形固定件(3)，截顶圆锥体(2)的底固定于导板(1)上，环形固定件(3)的内圆直径大于截顶圆锥体(2)的顶面直径且小于截顶圆锥体(2)的底面直径，所述截顶圆锥体(2)被导管(4)的轴截面分成两部分，分别位于导板(1)的两部分上。
2.根据权利要求1所述的脑侧室引流导引器，其特征在于，所述环形固定件(3)的内圆直径与圆锥体从底向顶1/6-3/4位置的截面直径相等。
3.根据权利要求1或2所述的脑侧室引流导引器，其特征在于，所述导板(1)上还设置耳部辅助定位孔(5)。
4.一种权利要求1所述的脑侧室引流导引器的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)数据采集：对头部进行CT扫描并存储扫描数据；
(2)三维模型的构建：将CT扫描数据导入建模软件并依据CT扫描数据建立导引器的三维模型；
(3)3D打印导引器：依据构建的三维模型打印导引器。
5.根据权利要求4所述的脑侧室引流导引器的生成方法，其特征在于，所述数据采集的具体步骤为：对人体进行CT扫描的时候，按照平行于标准OM线向足侧作为基准线向头顶进行螺旋扫描，扫描完成后将主机中的图像再次按照更薄层厚进行数据重建，得到的薄层DICOM格式数据作为3D建模的基础。
6.根据权利要求4所述的脑侧室引流导引器的生成方法，其特征在于，所述三维模型构建的具体步骤为：首先将CT机生成的薄层DICOM格式数据导入建模软件，参照被扫描者的横轴位、冠状位、矢状位图像设计引流管从头皮到侧脑室的角度、深度和管径，生成导管，调整图像的选择范围包括头皮并3D建模，同时以头皮组织为分界向外膨胀2-10mm作为导引器导板的厚度，按照设计方案在膨胀表面选择导引器的外形并去除多余部分，将导引器与导管通过布尔运算合并、去除运算后，生成具有导管的导引器，以导管为中心在水平两侧放置两个上窄下宽的圆锥体或截顶圆锥体，并沿着通过这三个部件的中心的直线将导引器切开分离，设计两个能扣到圆锥体上的环形固定件，通过3D打印打印出四个部分。
7.根据权利要求4所述的脑侧室引流导引器的生成方法，其特征在于，所述3D打印导引器的具体步骤为：将建模软件导出的导引器的四部分STL文件导入到FDM型3D打印机专用切片软件中进行切片，转化为3D打印机可以读取打印的G格式文件，将G文件拷贝到SD卡中，插入到3D打印机进行打印，所用打印材料为PLA。
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