CN106344156A - 一种三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器及其使用方法，包括底部与人体股骨形状相贴合并可固定于股骨上的底座，通过连杆与底座相连接的导向座，沿导向座移动的导向管，以及导针和螺钉。其中，底座、连杆和导向座根据患者特征采用三维工程软件建模，再由3D打印机根据患者股骨具体特征而打印制作，进行手术时只需在患者上开一个小切口，将底座放入并定位，即可方便地进行螺钉紧固工作，其操作过程简单而精度高，有利于以降低手术难度和提高手术精度高。

Description

一种三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗设备，特别是涉及一种基于三维逆向设计技术并通过定制化进行股骨颈骨折医疗的导航器及其使用方法。

背景技术

股骨是人体中最大的长管状骨，如图1所示，可分为一体两端，即中间的股骨体100和位于股骨体两端的端部，其中上端是朝向内上方其末端膨大呈球形，为股骨头400，与髋臼相关节，股骨头的外下方较细的部分即为股骨颈300；颈体交界处的外侧，有一向上的隆起为大转子500，其内下方较小的隆起为小转子200。大、小转子间，前有转子间线，后有转子间嵴相连，两者之间称股骨粗隆间，是骨折多发处。

股骨颈骨折是目前创伤骨科的常见病多发病，大多数有比较明显的移位，且因为这个部位的杠杆作用较大，骨折不稳定，因此，多数需要通过手术进行治疗。股骨颈骨折的治疗通常采用螺钉进行固定，固定骨头所用的螺钉需要依次穿过粗隆部、股骨颈和股骨头，通过螺钉的固定作用放置骨头移位。

在现有的股骨颈骨折治疗手术主要依靠固定手术器械进行手工定位，且操作时多依赖于手术医师的个人经验及技术水平，且手术过程中需要借助C臂机反复照射X线透视以确认置钉位置。该种手术方案对于医师的水平要求极高，其熟练程度和手术时间的把握将直接影响到术后并发症的发生率；但即使医师具有较高的水平，仍极难控制手术的精度，特别是术中颈干角、前倾角等解剖结构的精确恢复，一直是制约手术医师手术操作的难题；另外，通过C臂机进行透视，需要进行反复调整和照射，相应地，术中也必须要反复地进行复位调整，既增加了退钉及切出的风险，也很容导致大范围组织剥离等问题，导致术后股骨头坏死的风险增加。

发明内容

本发明旨在提供一种基于三维逆向设计技术并通过定制化进行股骨颈骨折医疗的导航器及其使用方法，以降低手术难度和提高手术精度高。

本发明所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，包括底部与人体股骨形状相贴合并可固定于股骨上的底座，通过连杆与底座相连接的导向座，和沿导向座移动的导向管；导向座上开有若干个对导向管径向进行限位的导向孔，且导向孔的方向指向股骨颈和股骨头，导向管上开有轴向通孔；另有圆柱状导针和螺钉，螺钉上开有轴向通孔，导针的直径与导向管和螺钉的轴向通孔相匹配。

所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，底座包括贴合于股骨体上的支座，支座的底面为弧形，且弧形两端将股骨体的两侧包覆于内，支座上设有朝向小转子延伸的支撑座，支撑座的末端与小转子相抵；导向孔则包括圆形通孔和方向与通孔一致且相互连通的通槽，通孔的方向指向股骨颈和股骨头；导向管包括开有轴向通孔的圆管，和设置于圆管外表面上的导向条，且圆管与导向条的形状分别与导向座的通孔和通槽相一致；导针的直径与圆管和螺钉的轴向通孔相匹配。

本发明所述的股骨颈骨折手术导航器使用方法，包括以下步骤：

A、检测患者的股骨形状，确定底座的形状，以及导向座与底座之间的连接位置；

B、通过3D打印机制作与患者股骨解剖结构相匹配的底座；

C、在患者身上开切口，再将底座放入患者体内，确保底座的底部与股骨相贴合；

D、沿导向座的导向孔依次钻入导针、螺钉和导向管；

E、将螺钉拧入股骨颈和股骨头完成固定；

F、取出导针、导向管和底座，完成手术。

本发明所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器及其使用方法，通过C臂机或其它相应设备对患者股骨进行扫描，然后通过三维工程软件建立模块，再由3D打印机制作与患者股骨完全匹配的底座，使得底座形状精确性极高；同时，底座中的支座底底面为弧形且包覆股骨体的两侧，可以从两侧边对股骨体形成限位，保证术中实际操作与计算机设计位置一致；支撑座从支座上延伸而出，其中部与股骨体相贴合，末端则与小转子底部相抵紧，使得底座的定位更加准确和稳固；导向座和开有导向孔，该导向孔的方向指向股骨颈和股骨头，且导向管的形状与导向孔相一致，可以使得螺钉的方向与导向孔一致，螺钉可以更加准确地打入以实现骨折骨头的固定；导向管和螺钉的数量可以是两个或三个，也可以视情况而设置相应数量，以满足不同使用所需。该导向器的操作极为简单，无需特别经验者也可安全进行操作，尤其是对于局部解剖标志变异（如：退变、畸形等）的患者，有效提高了手术过程中的准确性及安全性，缩短了手术时间，减少了出血量和X射线的暴露时间及感染几率，实现了股骨颈骨折患者个体化手术治疗方案；同时也缩短了手术的学习曲线，消除了因医师个人技术差异而导致的手术效果差异；还可极大的降低术后并发症的发生率，将传统手术演化为量化的、标准化的精确操作，为手术医生术中快速、准确定位提供了一种新的方法，减少不同医疗机构该类手术技术水平的差异，从而在一定程度上，为解决我国目前因技术水平差异导致的医疗资源的过度集中等医疗难题，提供了一个新思路。

附图说明

图1是股骨的结构示意图。

图2、3是三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器的结构示意图。

图4、5是图2所示股骨颈骨折手术导航器的底座、连杆和导向座的结构示意图。

图6是图4所示导向座的导向孔结构示意图。

图7是图2所示股骨颈骨折手术导航器的导向管的结构示意图。

图8是图2所示股骨颈骨折手术导航器的螺钉的结构示意图。

图9是图2所示股骨颈骨折手术导航器的导向管、导针和螺钉的连接结构示意图。

图10、11和12是图2所示股骨颈骨折手术导航器的使用状态示意图。

具体实施方式

如图2-12所示。

一种三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，包括底部与人体股骨形状相贴合并可固定于股骨上的底座1，通过连杆2与底座相连接的导向座3，和沿导向座移动的导向管4；导向座3上开有若干个对导向管径向进行限位的导向孔31，且导向孔的方向指向股骨颈300和股骨头400，导向管上开有轴向通孔；另有圆柱状导针5和螺钉6，螺钉上开有轴向通孔，导针的直径与导向管和螺钉的轴向通孔相匹配。

所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，底座1包括贴合于股骨体100上的支座11，支座的底面为弧形，且弧形两端将股骨体的两侧包覆于内，支座上设有朝向小转子200延伸的支撑座12，支撑座的末端与小转子相抵；该底座的支座底底面为弧形且包覆股骨体的两侧，可以从两侧边对股骨体形成限位，保证术中实际操作与计算机设计位置一致。而为了增加操作的便利性，可以将支撑座12从支座11上延伸的方向设置为与股骨体100的方向一致，且支撑座12末端为开口朝向小转子200的U形，U形其中一边的内侧与小转子靠近股骨体一侧相抵，另一边的内侧与小转子背向股骨颈的一侧相抵。因股骨体的直径从中部向股骨头的一端逐渐增大，通过该结构的设置，在将底座放入人体内定位时，可以先将支座在股骨体上进行初步定位，然后再将底座沿股骨体推向股骨头，直至支撑座的末端与小转子相抵，即可准确地完成底座的定位工作，其操作过程更加简便、快捷，且支撑座末端的形状也可以更加准确地与小转子进行定位。

导向座3上的导向孔31包括圆形通孔32和方向与通孔一致且相互连通的通槽33，通孔的方向指向股骨颈300和股骨头400；导向管4包括开有轴向通孔的圆管41，和设置于圆管外表面上的导向条42，且圆管与导向条的形状分别与导向座的通孔和通槽相一致。该种形状的导向座结构简单、易于实现，也更便于手术的操作，同时导向精度高、工作稳定。另外，为了更加容易得推动螺钉旋入股骨，可以将导向座3朝向股骨的一端设置为倾斜且内凹的圆环面，当导向座压向螺钉头时通过其端面推动螺钉旋转，从而旋入股骨。

连杆2为弧形，弧形的两端分别与底座1和导向座3固定连接，且弧形的内凹面朝向股骨体上连接股骨头的一端，该端为导向管、导针和螺钉工作的位置，由此可以留出更大的操作空间，使得操作更加简便。

一种股骨颈骨折手术导航器使用方法，包括以下步骤：

A、检测患者的股骨形状，确定底座的形状，以及导向座与底座之间的连接位置；

B、通过3D打印机制作与患者股骨解剖结构相匹配的底座；

C、在患者身上开切口，再将底座放入患者体内，确保底座的底部与股骨相贴合；

D、沿导向座的导向孔依次钻入导针、螺钉和导向管；

E、将螺钉拧入股骨颈和股骨头完成固定；

F、取出导针、导向管和底座，完成手术。

所述的股骨颈骨折手术导航器使用方法，在制作底座、连杆和导向座时，可以通过3D打印机制作底座，然后再与连杆和导向座连接，也可以通过三维软件一同设计更加符合患者需求的连杆和导向座，再通过3D打印机制作一体化的底座、连杆和导向座，从而提高导向器的精度和手术准确性。

在步骤C中，先将支座放入股骨体上进行初稿定位，然后将底座沿股骨体推向股骨头，直至支撑座的末端与小转子相抵。以增加操作简便性和定位精度。

Claims (10)

1.一种三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，包括螺钉（6），其特征在于：有底部与人体股骨形状相贴合并可固定于股骨上的底座（1），通过连杆（2）与底座相连接的导向座（3），沿导向座移动的导向管（4），和圆柱状导针（5）；导向座（3）上开有若干个对导向管径向进行限位的导向孔（31），且导向孔的方向指向股骨颈和股骨头，导向管上开有轴向通孔；螺钉上开有轴向通孔，导针的直径与导向管和螺钉的轴向通孔相匹配。

2.根据权利要求1所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：底座（1）包括贴合于股骨体上的支座（11），支座的底面为弧形，且弧形两端将股骨体的两侧包覆于内，支座上设有朝向小转子延伸的支撑座（12），支撑座的末端与小转子相抵。

3.根据权利要求2所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：支撑座（12）从支座（11）上延伸的方向与股骨体的方向一致。

4.根据权利要求2或3所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：支撑座（12）末端为开口朝向小转子的U形，U形其中一边的内侧与小转子靠近股骨体一侧相抵，另一边的内侧与小转子背向股骨颈的一侧相抵。

5.根据权利要求1所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：导向座（3）上的导向孔（31）包括圆形通孔（32）和方向与通孔一致且相互连通的通槽（33），通孔的方向指向股骨颈和股骨头；导向管（4）包括开有轴向通孔的圆管（41），和设置于圆管外表面上的导向条（42），且圆管与导向条的形状分别与导向座的通孔和通槽相一致。

6.根据权利要求1或5所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：导向座（3）朝向股骨的一端倾斜且内凹的圆环面，当导向座压向螺钉头时通过其端面推动螺钉旋转。

7.根据权利要求1所述的三维逆向定制化股骨颈骨折手术导航器，其特征在于：连杆（2）为弧形，弧形的两端分别与底座（1）和导向座（3）固定连接，且弧形的内凹面朝向股骨体上连接股骨头的一端。

8.一种股骨颈骨折手术导航器使用方法，其特征在于包括以下步骤：

A、检测患者的股骨形状，确定底座的形状，以及导向座与底座之间的连接位置；

B、通过3D打印机制作与患者股骨解剖结构相匹配的底座；

C、在患者身上开切口，再将底座放入患者体内，确保底座的底部与股骨相贴合；

D、沿导向座的导向孔依次钻入导针、螺钉和导向管；

E、将螺钉拧入股骨颈和股骨头完成固定；

F、取出导针、导向管和底座，完成手术。

9.根据权利要求8所述的股骨颈骨折手术导航器使用方法，其特征在于：在制作底座、连杆和导向座时，通过三维软件一同设计连杆和导向座，再通过3D打印机制作一体化的底座、连杆和导向座。

10.根据权利要求8所述的股骨颈骨折手术导航器使用方法，其特征在于：在步骤C中，先将支座放入股骨体上进行初稿定位，然后将底座沿股骨体推向股骨头，直至支撑座的末端与小转子相抵。