CN107088092A - 椎体成形术体表定位导航仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种椎体成形术体表定位导航仪，包括：可固定于手术床/DSA机床上的底座、连接于底座并可相对于底座升降运动的主杆及主杆上盖、调节主杆升降的螺杆、内嵌于主杆并可相对于主杆旋转的定角环、连接于定角环并可相对于定角环伸缩运动的定位杆、连接于定位杆并可相对于定位杆进行旋转运动的定位环；底座内侧设置凹槽，凹槽长宽与手术床/DSA机床侧面连接杆相匹配；本发明设计廉价、可消毒、可术中应用的体外机械型导航仪进行椎弓根穿刺的精确定位，可减少手术并发症，降低手术难度，并减小手术学习曲线，提高治疗效率。
Description
技术领域
本发明属于医疗领域，涉及椎体骨折椎体成形术、X线导航、机械导航等技术，尤其涉及一种椎体成形术体表定位导航仪。
背景技术
1.椎体成形术背景
椎体骨折是临床上高发的一类骨科疾病。包括外伤性椎体骨折、骨质疏松性骨折、骨病、骨肿瘤与骨转移癌所致椎体骨折。椎体骨折通常采用保守治疗与手术治疗方式，轻微无移位骨折可卧床休息保守治疗，而更多的是有移位或压缩的骨折，需手术治疗。
本病老年人高发，特别是骨质疏松性椎体骨折与骨转移癌所致椎体骨折。患者常无法耐受大型手术内固定所带来的麻醉与手术打击，因此一种微创治疗手段应运而生，即椎体成形术与椎体后突成形术。通过椎体椎弓根部位，自体外向椎体穿刺打入骨水泥材料，协助骨折端固定，手术创伤小，时间短，且可术后24小时即下床活动。
2.现有常规治疗技术
目前三乙/二甲医院多采用C型臂X射线机或DSA机，结合个人手术经验进行椎体穿刺。而椎体附近解剖结构复杂，经验性穿刺常合并穿破椎弓根、破入硬脊膜、骨水泥向脊髓与神经根渗漏等一系列问题。因椎体附近解剖结构复杂，包括脊髓神经、椎弓根神经、小动静脉等。而椎体前方存在人体中轴重要的大血管上下腔静脉与主动脉及其分支。经验性穿刺结合术中透视的治疗手段，因过度依赖医师的自我判断与经验性“手感”，因此穿刺点、穿刺方向、穿刺深度有较大的变异度。存在较多穿刺失败后再次穿刺。且因无机械导航与固定手段，其穿刺并发症较多。
3.现有定位与导航技术
其一，与本设计最为接近的，是一款包含底座、连杆、定位臂、导管的设备，如图1所示。该设备的主杆可沿底座滑动与摆动并可进行伸缩。定位臂可相对于连杆滑动并旋转。导管可相对于定位臂旋转。术中将该设备置于手术床上，即可辅助椎体定位。
其二，是两款置于体表的椎弓根定位仪，该设备由主尺与导向板等结构组成。手术中将该设备置于体表，根据穿刺情况进行调节与固定。
其三，除机械导航外，目前存在电子导航技术。如CT术中导航，通过CT机术中扫描，生成患者术中的椎体三维图像，根据所生成的图像，通过软件设置椎弓根进针点与进针角度，穿刺设备中亦包含电子元件，结合术中扫描，若穿刺角度偏离预定路线，则反馈声音提示。除此之外，北京积水潭医院设计了全自动手术机器人，并已进行临床应用，尚未用于椎体成形术的治疗。
其四，进行专利检索，发现诸多以“椎体导航”冠名的发明专利，其本质大多为体表显影金属尺(便于分辨脊髓节段)、圆柱体无定位定角效果的穿刺套筒、电磁装置等。与本发明无明显技术冲突与设计关联。
现有技术的缺点：
其一，置于手术床的带底座的定位仪：该设计存在的问题之一是设备三维空间参考系未与X线透视设备、患者统一。即患者扫描数据与术中X线透视设备的数据无法用来设置定位仪及指导手术，因为该设备置于手术床上，无法固定于手术床，因此无法与患者、X射线机协同共享数据；且其底座无法精确固定及确保定位臂相对于人体的位置与角度；底座与连杆为滑动与摆动设计，因此无法精确确定顶部高度，即定位臂的精确高度，以上原因导致定位臂与导管无法确保准确的空间位置。虽仍可指导手术进行，但增加了设备学习时程，延长了手术学习曲线与手术难度。并且，该设备无法用于指导低年资医师学习手术，因设备无法精确定位椎弓根，实际手术仍依赖临床经验与手感。
其二，置于体表的椎弓根定位仪：该设计存在重要问题，即该设备的三维空间参考系，与X射线机、患者的三维参考系完全不一致且无法匹配。如：测量椎弓根仰角为15°，该设备调节至15°后放置于患者体表，因体表并非纯平平面，且无法确保该设备与人体纵轴垂直等，虽然有导航机制，但其穿刺点无法确定。
其三：术中CT导航技术与手术机器人：此两种设计手术所需仪器设备复杂，设备购置与维护费用较高，人员培训耗资较高，技术学习曲线长，CT与术中全程透视为患者及手术医生带来高强度的射线损伤，不易在下级医院普及等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种椎体成形术体表定位导航仪，主要针对在C型臂X射线机或DSA机下，经验性椎体穿刺带来的椎弓根、神经根、脊髓与硬脊膜损伤等问题；根据临床椎体成型手术经验，向机械转化；设计廉价、可消毒、可术中应用的体外机械型导航仪，进行椎弓根穿刺的精确定位；以减少手术并发症，降低手术难度，并减小手术学习曲线，提高治疗效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种椎体成形术体表定位导航仪，包括：可固定于手术床/DSA机床上的底座、连接于底座并可相对于底座升降运动的主杆及主杆上盖、调节主杆升降的螺杆、内嵌于主杆并可相对于主杆旋转的定角环、连接于定角环并可相对于定角环伸缩运动的定位杆、连接于定位杆并可相对于定位杆进行旋转运动的定位环；
所述主杆中下部一侧具有螺纹；螺杆上下两端为螺杆轴，上端螺杆轴顶部设置螺杆旋钮；所述底座内侧设置凹槽，凹槽长宽与手术床/DSA机床侧面连接杆相匹配；底座内部设有主杆滑动槽与螺杆槽，螺杆槽底部具有容纳螺杆轴的开槽；底座上方固定具有螺杆轴限位槽的底座上盖；螺杆轴通过螺杆槽的底部开槽和底座上盖的螺杆轴限位槽，纵向固定；主杆螺纹表面和螺杆螺纹表面相匹配，螺杆旋转时，可控制主杆升降；
所述定角环为扁圆柱体，沿周向设置定角环突起；所述主杆顶部及主杆上盖底部均具有半圆形槽，半圆形槽沿周向设置定角环轨道，定角环突起与定角环轨道匹配，可沿定角环轨道旋转；
所述定角环中央具有长方形开槽，与定角环平面相垂直；定位杆为长条状，一端穿过长方形开槽，可沿长方形开槽滑动，另一端设置容纳定位环的定位环环形凹槽，定位环环形凹槽底部具有定位环固定螺母开槽，端面设置定位环锁定孔；所述定位环内侧环状表面设有环形突起；定位环固定螺母穿过定位环，末端与定位环固定螺母开槽固定连接；定位环通过定位环固定螺母限位，并可绕定位环固定螺母转动，通过穿过定位环锁定孔的螺钉进行锁定；所述定位环前表面设置穿刺针固定孔。
进一步地，所述主杆上盖具有三个孔道，两侧的孔道为主杆上盖固定孔，将主杆上盖固定在主杆上，中央的孔道为锁定孔，可置入螺钉锁定定角环。
进一步地，所述定角环的一侧对称设置两个突起横梁，突起横梁上开有定位杆锁定孔，通过螺钉锁定定位杆。
进一步地，所述底座与床面位于同一平面，即水平面；螺杆和主杆均垂直于底座水平面，主杆平面平行于手术床/DSA机床侧面连接杆；定角环与主杆位于同一平面；定位杆垂直于定角环与主杆平面；定位环与定位杆位于同一平面，可随定位杆伸缩而调整位置，可随定角环旋转而调整平面角度，自身旋转可调整穿刺针相对于定位杆平面的角度。
进一步地，所述主杆一侧设有刻度，便于控制主杆高度；定角环前表面具备标尺，可识别定角环旋转角度；定位杆前表面设有刻度，便于识别定位杆位置。
进一步地，定位环固定螺母外侧环状表面与定位环固定螺母开槽相匹配，通过焊接固定。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种与术中X射线设备、患者数据协同的机械定位导航仪；其三维空间参考系与X线设备、患者三维参考系一致；X线设备的成像、患者测量数据可直接用于定位仪相关高度、角度参数设置；该设备可缩短手术学习时间，并可用于手术原理的示教。各二级、三乙医院现有常备检测设备及现有人员即可实施。能显著降低该手术的手术难度与学习曲线，减少穿刺失败与手术并发症的发生。设备结构简单，材料要求与生产成本低，费用低廉，易于普及。
附图说明
图1为现有导航仪结构示意图；
图2为本发明椎体成形术体表定位导航仪一个角度的结构示意图；
图3为本发明椎体成形术体表定位导航仪另一个角度的结构示意图；
图4为矢状面对应术中YZ矢状面测量值；
图5为水平面对应术中XZ冠状面测量值；
图中，底座1、主杆2、螺杆3、底座上盖4、主杆上盖5、定角环6、定位杆7、定位环8、定位环固定螺母9、凹槽10、底座上盖螺钉固定孔11、螺杆旋钮12、主杆螺纹表面13、定位杆锁定孔14、主杆上盖固定孔15、锁定孔16、穿刺针固定孔17、定位环锁定孔18、主杆滑动槽19、螺杆槽20、螺杆螺纹表面21、螺杆轴22、螺杆轴限位槽23、定角环轨道24、定角环突起25、定位环固定螺母开槽26、环形突起27、定位环固定螺母外侧环状表面28。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2、3所示，本发明提供的一种椎体成形术体表定位导航仪，包括：可固定于手术床/DSA机床上的底座1、连接于底座1并可相对于底座1升降运动的主杆2及主杆上盖5、调节主杆2升降的螺杆3、内嵌于主杆2并可相对于主杆2旋转的定角环6、连接于定角环6并可相对于定角环6伸缩运动的定位杆7、连接于定位杆7并可相对于定位杆7进行旋转运动的定位环8；
所述主杆2中下部一侧具有螺纹；螺杆3上下两端为螺杆轴22，上端螺杆轴22顶部设置螺杆旋钮12，可用扳手操控螺杆3进行旋转；所述底座1内侧设置凹槽10，凹槽10长宽与手术床/DSA机床侧面连接杆相匹配；底座1内部设有主杆滑动槽19与螺杆槽20，螺杆槽20底部具有容纳螺杆轴22的开槽；底座1上方固定具有螺杆轴限位槽23的底座上盖4；螺杆轴22通过螺杆槽20的底部开槽和底座上盖4的螺杆轴限位槽23，纵向固定；主杆螺纹表面13和螺杆螺纹表面21相匹配，螺杆3旋转时，可控制主杆2升降；
所述定角环6为扁圆柱体，沿周向设置定角环突起25；所述主杆2顶部及主杆上盖5底部均具有半圆形槽，半圆形槽沿周向设置定角环轨道24，定角环突起25与定角环轨道6匹配，可沿定角环轨道24旋转；
所述定角环6中央具有长方形开槽，与定角环6平面相垂直；定位杆7为长条状，一端穿过长方形开槽，可沿长方形开槽滑动，另一端设置容纳定位环8的定位环环形凹槽，定位环环形凹槽底部具有定位环固定螺母开槽26，端面设置定位环锁定孔18；所述定位环8内侧环状表面设有环形突起27；定位环固定螺母9穿过定位环8，末端与定位环固定螺母开槽26固定连接；定位环8通过定位环固定螺母9限位，并可绕定位环固定螺母9转动，通过穿过定位环锁定孔18的螺钉进行锁定；所述定位环8前表面设置穿刺针固定孔17。
进一步地，所述主杆上盖5具有三个孔道，两侧的孔道为主杆上盖固定孔15，将主杆上盖5固定在主杆2上，中央的孔道为锁定孔16，可置入螺钉锁定定角环6。
进一步地，所述定角环6的一侧对称设置两个突起横梁，突起横梁上开有定位杆锁定孔14，通过螺钉锁定定位杆7。
进一步地，所述底座1与床面位于同一平面，即水平面；底座1可沿手术床/DSA机床侧面连接杆滑动，但无滚轴装置，便于其在重力作用下自发固定；螺杆3和主杆2均垂直于底座水平面，主杆2平面平行于手术床/DSA机床侧面连接杆；定角环6与主杆2位于同一平面；定位杆7垂直于定角环6与主杆2平面；定位环8与定位杆7位于同一平面，可随定位杆7伸缩而调整位置，可随定角环6旋转而调整平面角度，自身旋转可调整穿刺针相对于定位杆7平面的角度。
进一步地，所述主杆2一侧设有刻度，便于控制主杆2高度；定角环6前表面具备标尺，可识别定角环6旋转角度；定位杆7前表面设有刻度，便于识别定位杆7位置。
进一步地，定位环固定螺母外侧环状表面28与定位环固定螺母开槽26相匹配，通过焊接固定。
本发明椎体成形术体表定位导航仪各部件材料均可依据实际应用情况与应用需求修改。如用碳纤维制备定位杆7，以进一步减少静止状态下的形变，并可避免金属的X线遮挡。且定位环8与穿刺针固定孔17亦可采用碳纤维等材料，减少遮挡。但穿刺针定位孔17若用碳纤维制备，则需在表面增加金属环，以便X线术中定位。
本发明椎体成形术体表定位导航仪原理类似于工业机床的五轴定位原理。XYZ三个正交滑动轴，结合XY面、YZ面、XZ面三个平面其中两个平面的旋转轴，即可定位空间内任意一点。
实际手术中，可术前进行患者俯卧位X线及CT平扫，或CT扫描三维重建。测量患者椎体中轴及病变椎体与椎弓根的三维夹角并记录相关数据。
术中，X轴为床体横轴，Y轴为床体纵轴，Z为垂直床面轴。此时因CT扫面后平面将转变为患者直立时的平面，而手术时患者俯卧，因此水平面与冠状面均沿X轴旋转90°，即两面互换，而矢状面不变。因此矢状面对应术中YZ矢状面测量值为∠a(如图4，图为腰椎X线片)、水平面对应术中XZ冠状面测量值为∠b(如图5，图为腰椎CT平扫)、冠状面对应术中XY水平面测量值为∠c。此后测量俯卧位患者椎体中轴距离体表(定位杆水平)的距离x及距手术床边缘(底座滑动轴)的距离y。
术中，通过参考距离x调节底座螺杆以使主杆与定位杆固定于精确高度。通过旋转定角轮可调整定位杆相对于XZ面的夹角，即患者X线侧位片中的测量值∠a，达到目标角度后进行锁定。通过调整定位环相对于定位杆的角度，即穿刺针相对于YZ面的角度，即CT平扫中的测量值∠b，并锁定。此时穿刺针与XY面夹角必为∠c。
此时将X射线机调整为三维∠a∠b∠c角度，并定位于拟手术椎体。滑动底座，将定位环位于拟手术椎体平面，并通过通过参考距离y调整定位杆并使穿刺针固定孔连线通过X射线机球管中心。此时，X线成像将显示两个定位环与椎弓根呈同心圆排列。若非同心圆排列，可调整定位杆相对于定角环的相对位置，以使穿刺针固定环的显影经过椎弓根中心。此时，直接按目前锁定的方向，轻微加力即可穿入椎弓根。若需特殊穿刺角度，可对各锁定关节进行微调。穿入后用X射线机依据常规透视方法观察穿刺深度，满意后打入骨水泥即可。不必术中反复透照及反复调整进针方向。且该设备可用于演示手术原理及进行手术教学。
Claims (6)
1.一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，包括：可固定于手术床/DSA机床上的底座(1)、连接于底座(1)并可相对于底座(1)升降运动的主杆(2)及主杆上盖(5)、调节主杆(2)升降的螺杆(3)、内嵌于主杆(2)并可相对于主杆(2)旋转的定角环(6)、连接于定角环(6)并可相对于定角环(6)伸缩运动的定位杆(7)、连接于定位杆(7)并可相对于定位杆(7)进行旋转运动的定位环(8)等。
所述主杆(2)中下部一侧具有螺纹；螺杆(3)上下两端为螺杆轴(22)，上端螺杆轴(22)顶部设置螺杆旋钮(12)；所述底座(1)内侧设置凹槽(10)，凹槽(10)长宽与手术床/DSA机床侧面连接杆相匹配；底座(1)内部设有主杆滑动槽(19)与螺杆槽(20)，螺杆槽(20)底部具有容纳螺杆轴(22)的开槽；底座(1)上方固定具有螺杆轴限位槽(23)的底座上盖(4)；螺杆轴(22)通过螺杆槽(20)的底部开槽和底座上盖(4)的螺杆轴限位槽(23)，纵向固定；主杆螺纹表面(13)和螺杆螺纹表面(21)相匹配，螺杆(3)旋转时，可控制主杆(2)升降。
所述定角环(6)为扁圆柱体，沿周向设置定角环突起(25)；所述主杆(2)顶部及主杆上盖(5)底部均具有半圆形槽，半圆形槽沿周向设置定角环轨道(24)，定角环突起(25)与定角环轨道(6)匹配，可沿定角环轨道(24)旋转。
所述定角环(6)中央具有长方形开槽，与定角环(6)平面相垂直；定位杆(7)为长条状，一端穿过长方形开槽，可沿长方形开槽滑动，另一端设置容纳定位环(8)的定位环环形凹槽，定位环环形凹槽底部具有定位环固定螺母开槽(26)，端面设置定位环锁定孔(18)；所述定位环(8)内侧环状表面设有环形突起(27)；定位环固定螺母(9)穿过定位环(8)，末端与定位环固定螺母开槽(26)固定连接；定位环(8)通过定位环固定螺母(9)限位，并可绕定位环固定螺母(9)转动，通过穿过定位环锁定孔(18)的螺钉进行锁定；所述定位环(8)前表面设置穿刺针固定孔(17。
2.根据权利要求1所述的一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，所述主杆上盖(5)具有三个孔道，两侧的孔道为主杆上盖固定孔(15)，将主杆上盖(5)固定在主杆(2)上，中央的孔道为锁定孔(16)，可置入螺钉锁定定角环(6)。
3.根据权利要求1所述的一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，所述定角环(6)的一侧对称设置两个突起横梁，突起横梁上开有定位杆锁定孔(14)，通过螺钉锁定定位杆(7)。
4.根据权利要求1所述的一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，所述底座(1)与床面位于同一平面，即水平面；螺杆(3)和主杆(2)均垂直于底座水平面，主杆(2)平面平行于手术床/DSA机床侧面连接杆；定角环(6)与主杆(2)位于同一平面；定位杆(7)垂直于定角环(6)与主杆(2)平面；定位环(8)与定位杆(7)位于同一平面，可随定位杆(7)伸缩而调整位置，可随定角环(6)旋转而调整平面角度，自身旋转可调整穿刺针相对于定位杆(7)平面的角度。
5.根据权利要求1所述的一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，所述主杆(2)一侧设有刻度，便于控制主杆(2)高度。定角环(6)前表面具备标尺，可识别定角环(6)旋转角度。定位杆(7)前表面设有刻度，便于识别定位杆(7)位置。
6.根据权利要求1所述的一种椎体成形术体表定位导航仪，其特征在于，定位环固定螺母外侧环状表面(28)与定位环固定螺母开槽(26)相匹配，通过焊接固定。
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