CN107496021A - 椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法，线性激光发射器用于发射线性激光，以调整三轴加速度传感器的X轴平行于棘突，三轴加速度传感器用于实时地监测置入装置各轴对应的重力加速度分量，拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，扭力传感器用于实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的扭力，单片机用于根据该些重力加速度分量计算出置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将矢状位角度、横断面角度、扭力值和阻力值通过无线发射器传输至无线接收器；控制器控制显示屏显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，分别显示扭力值波形图和阻力值波形图，而控制存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度。

Description

椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法

技术领域

本发明涉及椎弓根螺钉置入技术领域，特别是涉及一种椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法。

背景技术

椎弓根螺钉技术因其提供可靠的三柱稳定性，符合脊柱固定的生物力学要求，是目前脊柱外科手术的核心技术之一，已广泛应用于脊柱疾病的手术治疗。

椎弓根螺钉置入关键在于进钉点的确定及进钉方向的把握，然而脊柱解剖关系复杂又毗邻重要组织，且椎弓根直径较小，使的椎弓根螺钉置入困难，一旦置入位置不当极易损伤血管、神经，或螺钉不稳导致瘫痪等严重的并发症。由于当前计算机导航技术尚不完善，椎弓根螺钉置入主要依靠术者的临床经验徒手置入，置入过程中医生需根据不同椎体椎弓根的走形，沿其特定的三维角度置入螺钉，一些经验丰富的医生总结出椎弓根螺钉在松质骨、皮质骨及软组织之间走形有不同的阻力，因此术中会仔细感受螺钉置入过程中阻力变化，一旦出现较大阻力或落空感，即表明置入钉道错误，需及时修正。研究表明，椎弓根螺钉技术操作复杂且学习曲线较长，即使经验丰富的外科医生失败率仍有10.8％。

基于上述临床上的困难，有学者设计出一些可在术中测量椎弓根螺钉置入时三维角度的导向装置。如中国发明CN103892921A公开了一种医用骨外科三维定位导向器，设置静态测量单元和动态测量单元两大测量系统，实现了实时测量各种环境下的方位角和矢状角，静止测量单元为动态测量单元提供一个相对静止的参考坐标系，实时保持与患者的皮肤成垂直状态。但是手术过程中因患者体位不同、或椎体旋转畸形等因素，单纯按术前影像学测量的角度置入椎弓根螺钉并不能有效减少失败率，且这类椎弓根螺钉导向器提供数据不完整，供医生参考价值有限，如果进钉点选择错误，即使按正确进钉方向仍会导致椎弓根螺钉置入失败。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法，可以在手术中实时监测椎弓根螺钉置入的状态，为术者提供精确的椎弓根螺钉置入角度及阻力变化数据。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特点在于，其包括一置入装置和一监测仪，该置入装置包括一控制面板、一手柄和一用于连接椎弓根螺钉置入配套器械的连接件，该手柄的顶端固定有该控制面板，该手柄的底端固定有该连接件，该控制面板上设置有线性激光发射器和三轴加速度传感器，该线性激光发射器平行于该三轴加速度传感器的X轴，该手柄内集成有单片机和无线发射器，该手柄的底端设置有拉压力传感器和扭力传感器；

该监测仪包括仪器本体，该仪器本体内集成有无线接收器、控制器和存储器，该仪器本体上嵌设有显示屏；

该线性激光发射器用于发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突，该三轴加速度传感器用于实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该单片机用于根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度和该横断面角度通过该无线发射器传输至该无线接收器，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器用于实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的扭力，该单片机用于将阻力值和扭力值通过该无线发射器传输至该无线接收器；

该控制器用于控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度；

该控制器还用于在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

较佳地，该控制面板上嵌设有电源开关和线性激光器开关，该手柄内还集成有供电装置，该供电装置分别与该电源开关和该线性激光器开关电连接，该电源开关与该单片机电连接，该线性激光器开关与该线性激光发射器电连接。

较佳地，该置入装置或该监测仪上设置有一报警器；

该控制器用于判断矢状位角度、横断面角度、扭力值波形图的波峰值或阻力值波形图的波峰值是否超过对应的设定值，在为是时控制该报警器发出警报。

较佳地，该手柄上还安装有控制按钮，在该开路器与该连接件连接时，该开路器内的复位弹簧处于压缩状态，且该开路器的顶端置于该控制按钮的按钮下方，该控制器用于在该报警器发出警报时控制该电动按钮缩回以使得该开路器的头端圆钝头缩回。

较佳地，该显示屏被划分为至少6个显示区域，第一个显示区域和第二个显示区域对应第一根椎弓根螺钉，第三个显示区域和第四个显示区域对应第二根椎弓根螺钉，第五个显示区域和第六个显示区域对应第三根椎弓根螺钉；

其中，第一个显示区域用于显示开路过程中的阻力值波形图、矢状位角度和横断面角度，开路结束后的阻力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值，第二个显示区域用于显示第一根椎弓根螺钉置入时的扭力值波形图、矢状位角度和横断面角度，第一根椎弓根螺钉置入后的扭力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值。

本发明还提供一种椎弓根螺钉置入动态监测方法，其特点在于，其利用如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统所实现，该方法包括以下步骤：

S1、该线性激光发射器发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突；

S2、该三轴加速度传感器实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的阻力；

S3、该单片机根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度、该横断面角度、扭力值和阻力值通过该无线发射器传输至该无线接收器；

S4、该控制器控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度；

S5、该控制器在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

较佳地，该置入装置或该监测仪上设置有一报警器；

在步骤S4之后，该控制器判断矢状位角度、横断面角度、扭力值波形图的波峰值或阻力值波形图的波峰值是否超过对应的设定值，在为是时控制该报警器发出警报。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明可以在手术中实时监测开路器的三维角度，并消除开路器与骨壁之间摩擦力的干扰，精准监测开路器开路时前端的阻力，随后在拧入椎弓根螺钉的过程监测其三维角度及扭力，因为椎弓根螺钉在松质骨、皮质骨及软组织间阻力或扭力有明显差异，方便术者对这些量化数据分析椎弓根螺钉的置入状态，并且通过总结已完成的椎弓根螺钉数据，供预置入螺钉对比参考，缩短手术技巧学习曲线，减少术者个人手感误差，增加椎弓根螺钉置入的准确率和安全系数。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的置入装置的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的开口器的结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的开路器的结构示意图。

图4为本发明较佳实施例的椎弓根螺钉置入动态监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种椎弓根螺钉置入动态监测系统，其包括一置入装置和一监测仪。

如图1所示，该置入装置包括一控制面板1、一手柄2和一用于连接椎弓根螺钉置入配套器械(如图2的开口器和图3的开路器)的连接件3，该手柄2的顶端固定有该控制面板1，该手柄2的底端固定有该连接件3，该控制面板1上设置有线性激光发射器4和三轴加速度传感器(图中未示出)，该控制面板1上嵌设有电源开关和线性激光器开关，该线性激光发射器4平行于该三轴加速度传感器的X轴，该手柄2内集成有单片机、无线发射器和供电装置，该手柄2的底端设置有拉压力传感器和扭力传感器(图中未示出)，该供电装置分别与该电源开关和该线性激光器开关电连接，该电源开关与该单片机电连接，该线性激光器开关与该线性激光发射器电连接。

该监测仪包括仪器本体，该仪器本体内集成有无线接收器、控制器和存储器，该仪器本体上嵌设有显示屏。

下面具体介绍上述各部件所具备的功能：

该线性激光发射器4用于发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突，该三轴加速度传感器用于实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该单片机用于根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度和该横断面角度通过该无线发射器传输至该无线接收器，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器用于实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的扭力，该单片机用于将阻力值和扭力值通过该无线发射器传输至该无线接收器。

该控制器用于控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度；

该控制器还用于在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

具体地，该显示屏可被划分为至少6个显示区域，第一个显示区域和第二个显示区域对应第一根椎弓根螺钉，第三个显示区域和第四个显示区域对应第二根椎弓根螺钉，第五个显示区域和第六个显示区域对应第三根椎弓根螺钉。

其中，第一个显示区域用于显示开路过程中的阻力值波形图、矢状位角度和横断面角度，开路结束后的阻力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值，第二个显示区域用于显示第一根椎弓根螺钉置入时的扭力值波形图、矢状位角度和横断面角度，第一根椎弓根螺钉置入后的扭力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值，第三个显示区域和第五个显示区域同第一个显示区域，第四个显示区域和第六个显示区域同第二个显示区域，这里就不再赘述。

此外，该置入装置或该监测仪上设置有一报警器，该手柄上还安装有控制按钮；该控制器用于判断矢状位角度、横断面角度、扭力值波形图的波峰值或阻力值波形图的波峰值是否超过对应的设定值，在为是时控制该报警器发出警报。

开路器头端为圆钝头，通过开路器的内芯与拉压力传感器连接，内芯外有套筒，内心的底端为圆钝头，开路器的机械结构和自动笔的结构类似，这里就不再对其结构进行赘述。

在使用过程中，前方阻力通过内芯传导至拉压力传感器，而套筒与骨面摩擦产生的摩擦力不予监测，从而减少了摩擦力的干扰，更准确地区分不同骨质开路时产生的阻力效果。既往任何开路器医务人员通过手感感受到的都包含前端阻力和摩擦力两种因素，干扰较大。

在该开路器与该连接件连接时，该开路器内的复位弹簧处于压缩状态，且该开路器的顶端置于该控制按钮的按钮下方，该控制器用于在该报警器发出警报时控制该电动按钮缩回以使得该开路器的头端圆钝头缩回。

如图4所示，本实施例还提供一种椎弓根螺钉置入动态监测方法，其利用上述的椎弓根螺钉置入动态监测系统所实现，该方法包括以下步骤：

步骤101、该线性激光发射器发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突。

步骤102、该三轴加速度传感器实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的阻力。

步骤103、该单片机根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度、该横断面角度、扭力值和阻力值通过该无线发射器传输至该无线接收器。

步骤104、该控制器控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度。

步骤105、该控制器在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

基于本实施例的椎弓根螺钉置入动态监测系统及方法，可以在手术中实时监测并记录开路器开路时的状态以及椎弓根螺钉置入时的状态，为术者提供精确的椎弓根螺钉置入角度及阻力变化数据，从而方便术者对这些量化数据进行对比分析，缩短手术技巧学习曲线，减少术者个人手感误差，增加椎弓根螺钉置入安全性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特征在于，其包括一置入装置和一监测仪，该置入装置包括一控制面板、一手柄和一用于连接椎弓根螺钉置入配套器械的连接件，该手柄的顶端固定有该控制面板，该手柄的底端固定有该连接件，该控制面板上设置有线性激光发射器和三轴加速度传感器，该线性激光发射器平行于该三轴加速度传感器的X轴，该手柄内集成有单片机和无线发射器，该手柄的底端设置有拉压力传感器和扭力传感器；

该监测仪包括仪器本体，该仪器本体内集成有无线接收器、控制器和存储器，该仪器本体上嵌设有显示屏；

该线性激光发射器用于发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突，该三轴加速度传感器用于实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该单片机用于根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度和该横断面角度通过该无线发射器传输至该无线接收器，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器用于实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的扭力，该单片机用于将阻力值和扭力值通过该无线发射器传输至该无线接收器；

该控制器用于控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度；

该控制器还用于在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

2.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特征在于，该控制面板上嵌设有电源开关和线性激光器开关，该手柄内还集成有供电装置，该供电装置分别与该电源开关和该线性激光器开关电连接，该电源开关与该单片机电连接，该线性激光器开关与该线性激光发射器电连接。

3.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特征在于，该置入装置或该监测仪上设置有一报警器；

该控制器用于判断矢状位角度、横断面角度、扭力值波形图的波峰值或阻力值波形图的波峰值是否超过对应的设定值，在为是时控制该报警器发出警报。

4.如权利要求3所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特征在于，该手柄上还安装有控制按钮，在该开路器与该连接件连接时，该开路器内的复位弹簧处于压缩状态，且该开路器的顶端置于该控制按钮的按钮下方，该控制器用于在该报警器发出警报时控制该电动按钮缩回以使得该开路器的头端圆钝头缩回。

5.如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统，其特征在于，该显示屏被划分为至少6个显示区域，第一个显示区域和第二个显示区域对应第一根椎弓根螺钉，第三个显示区域和第四个显示区域对应第二根椎弓根螺钉，第五个显示区域和第六个显示区域对应第三根椎弓根螺钉；

其中，第一个显示区域用于显示开路过程中的阻力值波形图、矢状位角度和横断面角度，开路结束后的阻力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值，第二个显示区域用于显示第一根椎弓根螺钉置入时的扭力值波形图、矢状位角度和横断面角度，第一根椎弓根螺钉置入后的扭力值波形图、矢状位角度平均值和横断面角度平均值。

6.一种椎弓根螺钉置入动态监测方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的椎弓根螺钉置入动态监测系统所实现，该方法包括以下步骤：

S1、该线性激光发射器发射线性激光，以调整该三轴加速度传感器的X轴平行于棘突；

S2、该三轴加速度传感器实时地监测该置入装置各轴对应的重力加速度分量，该拉压力传感器用于实时地监测配套器械中开路器开路过程中的阻力，该扭力传感器实时地监测椎弓根螺钉置入过程中的阻力；

S3、该单片机根据该些重力加速度分量计算出该置入装置的矢状位角度和横断面角度，并将该矢状位角度、该横断面角度、扭力值和阻力值通过该无线发射器传输至该无线接收器；

S4、该控制器控制该显示屏实时地显示不断传来的矢状位角度和横断面角度，并分别实时显示扭力值波形图和阻力值波形图，而且，控制该存储器存储该些波形图、矢状位角度和横断面角度；

S5、该控制器在监测结束时控制该显示屏显示矢状位角度平均值、横断面角度平均值、扭力值波形图和阻力值波形图。

7.如权利要求6所述的椎弓根螺钉置入动态监测方法，其特征在于，该置入装置或该监测仪上设置有一报警器；

在步骤S4之后，该控制器判断矢状位角度、横断面角度、扭力值波形图的波峰值或阻力值波形图的波峰值是否超过对应的设定值，在为是时控制该报警器发出警报。