CN108648593A - 一种脊柱椎间孔镜手术模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种脊柱椎间孔镜手术模型，包括若干段仿真椎体骨骼组成的仿真脊柱、位于相邻两段仿真椎体骨骼之间的仿真椎间盘、粘连在所述仿真椎间盘上的椎间盘突出模拟物、包裹在所述仿真脊柱外部的仿真组织；所述椎间盘突出模拟物由粘胶纤维制成，粘连在所述仿真椎间盘的任意位置上。粘胶纤维制作的突出椎间盘模拟物可黏贴在椎间盘外合适的位置，从而模拟不同类型的椎间盘突出，而且突出椎间盘模拟物还可根据需要调整形状和大小，更加符合人体真实状态。相比传统采用尸体或非专用模型进行训练的方式，本发明的模型能够大幅度的降低医生的训练成本，并且重复性强，手术方式多样，可以缩短训练周期。

Description

一种脊柱椎间孔镜手术模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种医疗上的教学和实验模型，具体是涉及一种脊柱椎间孔镜手术模型。

背景技术

外科医生的成长离不开日积月累的实践经验，专业的培训可以提高医生的业务水平，但实际并没有那么多的手术实践机会，目前大部分医生是通过尸体解剖来进行培训。因尸体的来源有限，且成本较高，所以高仿真的手术模型可以更便利的给外科医生提供操作机会并提升其手术水平。但是现有的手术模型较少，主要涉及头颈部、四肢、盆腔、肾脏等器官，且结构较为简单，不适合多种手术共同使用。

随着微创外科技术的不断发展，以椎间孔镜为代表的脊柱内窥镜技术凭借创伤小、恢复快、费用低等诸多优势正逐渐应用于临床。椎间孔镜治疗椎间盘突出具有安全、创伤小、恢复快的优势。但是，相对于传统开放手术，椎间孔镜手术对医生在手术技能方面的能力要求更高。一般而言，医生娴熟的操作手法来自大量的临床经验，椎间孔镜技术学习曲线长，需要一定的开放手术经验作为基础，所以青年医生需要更多的临床实践机会才能掌握这项技术。目前国内外并未见针对椎间孔镜训练的专用手术模型。为了满足培训青年医生的需求，需要能够模拟真实人体脊柱复杂性的模型，能够让医生进行高仿真模拟手术。但与此同时产生的问题是，目前可以借鉴的手术模型几乎全部都是一次性的或重复使用次数较少的，虽然相比采用尸体解剖来进行培训成本有所降低，但仍然不能完全满足教学需求，尤其是椎间孔镜手术这种技术学习曲线长的。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种多材质组装式的脊柱椎间孔镜手术模型，模型的结构、质感及医学影像的特质均与真实的人体结构高度相似，且能够多次反复使用，降低了手术训练的成本，间接的缩短了训练周期；

本发明的另一个目的在于提供一种上述手术模型的制作方法。

技术方案：本发明所述脊柱椎间孔镜手术模型，包括若干段仿真椎体骨骼组成的仿真脊柱、位于相邻两段仿真椎体骨骼之间的仿真椎间盘、粘连在所述仿真椎间盘上的椎间盘突出模拟物、包裹在所述仿真脊柱外部的仿真组织；

所述仿真椎体骨骼由磷酸钙生物陶瓷材料制成；所述仿真椎间盘的主体由医用硅胶制成，外侧包裹一层聚酰胺纤维；所述椎间盘突出模拟物由粘胶纤维制成，粘连在所述仿真椎间盘的任意位置上；所述仿真组织由聚醚型聚氨酯制成。

本发明进一步优选地技术方案为，所述仿真脊柱上还设置有仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带；所述仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带均由硅橡胶材料制成。

优选地，所述仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带均可拆卸式嵌套在所述仿真脊柱上。

优选地，所述仿真脊柱由第一腰椎至第五腰椎椎体的仿真椎体骨骼组成，每段所述仿真椎体骨均包括由磷酸钙生物陶瓷材料通过3D打印形成的椎体、上关节突、下关节突、横突、棘突、椎弓根和椎弓板部分。

优选地，所述仿真组织通过3D打印形成，所述仿真组织的内部开设有一与所述仿真脊柱形状相匹配的空腔，所述仿真脊柱置于该空腔内。

优选地，所述仿真组织的外侧还包裹有仿真皮肤，所述仿真皮肤由医用硅胶制成，仿真皮肤包裹并贴合在所述仿真组织上。

优选地，每段所述仿真椎体骨骼和仿真椎间盘上均开设有一通孔，通孔内穿有固定柱，所述固定柱将各段仿真椎体骨骼和仿真椎间盘连成一体；所述固定柱的两端分别伸出第一段仿真椎体骨骼和最后一段仿真椎体骨骼，伸出部分架设在支撑支架上。

优选地，所述固定柱两端的伸出部分通过德式十字夹与所述支撑支架固定。

本发明所述脊柱椎间孔镜手术模型的制作方法包括如下步骤：

（1）首先根据人体腰椎图像建立3D解剖结构图，分离解析人体腰椎局部结构内的器官与组织，同比例构建3D结构图；

（2）依据建立的3D结构图，采用不同材料分别打印仿真椎体骨骼、仿真椎间盘、椎间盘突出模拟物和仿真组织；

（3）组合仿真椎体骨骼和仿真椎间盘形成仿真脊柱，并根据需要模拟的手术类型将椎间盘突出模拟物黏贴在仿真椎间盘外侧合适位置，构建椎间盘突出模型；

（4）将上述组合后的椎间盘突出模型放入仿真组织的内部空腔中，形成脊柱椎间孔镜手术模型；

（5）将脊柱椎间孔镜手术模型放置于工作台的支撑支架上，并旋转至与人体俯卧位或侧卧位相对应的位置上。

进一步地，在步骤（2）中，依据建立的3D结构图，还采用硅橡胶材料打印有仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带，采用医用硅胶打印仿真皮肤；

在步骤（3）中，将打印好的仿真硬膜囊和仿真神经根组织置入仿真脊柱的椎管，将仿真黄韧带于相邻两段仿真椎体骨骼的椎弓板相连接；

在步骤（4）中，将仿真皮肤包裹在仿真组织的表面，并用固定夹将仿真皮肤固定于工作台上，使仿真皮肤维持张力，与仿真组织紧密接触。

有益效果：（1）本发明的脊柱椎间孔镜手术模型根据人体结构，采用不同的材料制成，具有高度仿真的脂肪、肌肉、骨骼等部件，供医生训练手术技能及制定手术策略，具体来说，脊柱采用磷酸钙生物陶瓷材料材料，与人体骨骼成分高度相似，手术中可以配合磨钻、咬骨钳等手术器械，具有真实的手术体验；仿真组织由聚醚型聚氨酯制成，可以任意的改变形状，并具有记忆能力，能够模拟真实人体组织的结构，同时，可以通过设计不同形状和大小的仿真组织，从而模拟不同体型的患者，满足不同情形下手术训练的要求；仿真椎间盘的主体由医用硅胶制成，延展性和强度类似人体的椎间盘结构，而由于椎间突出根据脱垂组织的位置可分为中央型、旁中央型、外侧型、极外侧型、游离脱垂型等多种种类，本发明中在仿真椎间盘主体的外侧包裹一层聚酰胺纤维，椎间盘突出模拟物由粘胶纤维制成，粘胶纤维制作的突出椎间盘模拟物可黏贴在椎间盘外合适的位置，从而模拟不同类型的椎间盘突出，而且突出椎间盘模拟物还可根据需要调整形状和大小，更加符合人体真实状态；本发明中仿真椎体骨骼、仿真椎间盘、椎间盘突出模拟物和仿真组织均是模块化的，可以进行拆卸和组装，且除了椎间盘突出模拟物之外，其余部分几乎无需更换，可以多次重复使用，而椎间盘突出模拟物部分是通过粘连的方式贴合在仿真椎间盘，更换方式，有不会损坏模型，在一次模拟手术操作后，通过更换新的粘胶纤维，从而达到反复使用的目的，相比传统采用尸体或非专用模型进行训练的方式，本发明的模型能够大幅度的降低医生的训练成本，并且重复性强，手术方式多样，可以缩短训练周期；

（2）本发明中在仿真脊柱上还设置有仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带，椎间孔镜手术步骤大概为：体表定位确定进针点，C形臂X线机透视、逐级套筒，剥离筋膜组织，突破黄韧带，发现突出的椎间盘，摘除突出椎间盘，移除手术器械、缝皮，在真实脊柱椎间孔镜手术中，突破黄韧带是关键的一步，有必要做针对性训练，但是对于一些刚进入实习阶段的医生，突破黄韧带的操作难度非常高，因此本发明中，将仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带与脊柱部分进行物理分离，可以根据需要安装或不安装这几个部分，降低刚进入实习阶段的医生的操作难度；同时，在手术中突破黄韧带就是将相应位置的黄韧带剪断，因此在在训练过程中，也有必要真实模拟这一操作，在本发明中仿真黄韧带均由硅橡胶材料制成，材料上仿真人体的黄韧带，在一次训练结束后，可以通过更换新的仿真黄韧带的方式，从而达到反复使用的目的；

（3）本发明中为了在训练中更接近真实人体结构，在仿真组织的外部还包裹一层仿真皮肤，仿真皮肤由医用硅胶制成，利用医用硅胶的延展性，使仿真皮肤贴合在仿真组织上；

（4）本发明中的各部分组成材料中，磷酸钙生物陶瓷：羟基磷灰石、氟磷灰石、磷酸三钙和碳酸磷灰石等磷酸钙盐或其复合物构成的生物陶瓷，与骨盐的组成相同，组成和结构类似于骨骼连续变化，制备的模型可以模拟真实手术操作手感，可进行磨骨、咬骨操作；医用硅胶：具有优异的耐磨性、软触感、耐湿性、耐多种化学药品性能，有优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样，是制作各种医用弹性体制品的首选材料；聚酰胺纤维：俗称尼龙，是制作魔术贴的常用材料；聚醚型聚氨酯：温感减压材质，它是一种开放式有规则的球状细胞组织，透气性极佳可以有效吸收压力，抵消反动力，这种材质的回弹力较小，与肌肉组织力学性质相似，且摆放体位时容易固型；硅橡胶：较橡胶柔软、脆性大，较硅胶韧性强，适合模拟黄韧带结构性质；粘胶纤维：天然木纤维素中提取并重塑纤维分子而得到的纤维素纤维，具有棉的本质，丝的品质，吸水性好，易塑型，质地与突出椎间盘组织相似，断裂强度比棉小，又可以与聚醚型聚氨酯所制的魔术贴粘合；

（5）因椎间孔镜手术大患者体位大致可分为俯卧位及侧卧位，因此本发明中在仿真脊柱中穿入固定柱，固定柱两端的伸出部分通过德式十字夹与支撑支架固定，在训练过程中，可以转动模型，将模型调节为与人体俯卧位或侧卧位相对应的位置上；

（6）本发明的脊柱椎间孔镜手术模型还可以用于模拟真实手术，因每个患者腰椎结构不尽相同，少数患者特殊的腰椎结构怪异，使手术难度也大大增加，可以在手术前制造与患者腰椎结构相同的模型，医生通过模型熟悉患者的腰椎结构和手术过程，有利于正式手术的顺利进行，制作好的模型还可以用于后期教学，给年轻医生提供宝贵的体验机会。

附图说明

图1为仿真椎体骨骼的结构示意图；

图2为仿真硬膜囊和仿真神经根组织的结构示意图；

图3为仿真椎体骨骼装载仿真硬膜囊和仿真神经根组织后的结构示意图；

图4为仿真椎体骨骼装载仿真硬膜囊和仿真神经根组织后的侧视图；

图5为仿真椎体骨骼的横截面图；

图6为仿真脊柱装载仿真组织后的结构示意图；

图7为本发明手术模型在俯卧位下的结构示意图；

图8为本发明手术模型在侧卧位下的结构示意图；

图中，1-仿真椎体骨骼、2-仿真椎间盘、3-棘突、4-上关节突、5-横突、6-下关节突、7-仿真黄韧带、8-固定柱、9-仿真硬膜囊、10-仿真神经根组织、11-椎弓根、12-仿真皮肤、13-仿真组织、14-仿真脊柱、15-支撑支架、16-德式十字夹、17-手术模型、18-工作台。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种脊柱椎间孔镜手术模型，包括由第一腰椎至第五腰椎椎体的仿真椎体骨骼1组成的仿真脊柱14、位于相邻两段仿真椎体骨骼1之间的仿真椎间盘2、粘连在仿真椎间盘2上的椎间盘突出模拟物、包裹在仿真脊柱14外部的仿真组织13和仿真皮肤12。

仿真椎体骨骼1包括椎体、上关节突4、下关节突6、横突5、棘突3、椎弓根11和椎弓板部分。仿真脊柱14上还设置有仿真硬膜囊9、仿真神经根组织10以及仿真黄韧带7；仿真硬膜囊9、仿真神经根组织10以及仿真黄韧带7均可拆卸式嵌套在仿真脊柱14上。

仿真组织13的内部开设有一与仿真脊柱14形状相匹配的空腔，仿真脊柱14置于该空腔内。仿真皮肤12包裹并贴合在仿真组织13上。

上述脊柱椎间孔镜手术模型的制作方法，包括如下步骤：

（1）首先根据人体腰椎图像建立3D解剖结构图，分离解析人体腰椎局部结构内的器官与组织，同比例构建3D结构图；

（2）依据建立的3D结构图，通过3D打印技术，采用磷酸钙生物陶瓷材料制成仿真椎体骨骼1；采用医用硅胶制成仿真椎间盘2的主体，并在主体外包裹一层聚酰胺纤维材料；采用聚醚型聚氨酯制成仿真组织13；采用医用硅胶制成仿真皮肤12；采用硅橡胶材料制成仿真硬膜囊9、仿真神经根组织10以及仿真黄韧带7；采用采用粘胶纤维制成椎间盘突出模拟物；

（3）组合仿真椎体骨骼1和仿真椎间盘2形成仿真脊柱14，将打印好的仿真硬膜囊9和仿真神经根组织10置入仿真脊柱14的椎管，将仿真黄韧带7于相邻两段仿真椎体骨骼1的椎弓板相连接，再根据需要模拟的手术类型将椎间盘突出模拟物黏贴在仿真椎间盘2外侧合适位置，构建椎间盘突出模型；

（4）将上述组合后的椎间盘突出模型放入仿真组织13的内部空腔中，将仿真皮肤12包裹在仿真组织13的表面，并用固定夹将仿真皮肤12固定于工作台18上，使仿真皮肤12维持张力，与仿真组织13紧密接触，形成脊柱椎间孔镜手术模型17；

（5）将固定柱8穿入仿真脊柱14中，固定柱8两端的伸出部分通过德式十字夹16与工作台18上的支撑支架15固定，旋转脊柱椎间孔镜手术模型17至与人体俯卧位或侧卧位相对应的位置上。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，包括若干段仿真椎体骨骼组成的仿真脊柱、位于相邻两段仿真椎体骨骼之间的仿真椎间盘、粘连在所述仿真椎间盘上的椎间盘突出模拟物、包裹在所述仿真脊柱外部的仿真组织；

所述仿真椎体骨骼由磷酸钙生物陶瓷材料制成；所述仿真椎间盘的主体由医用硅胶制成，外侧包裹一层聚酰胺纤维；所述椎间盘突出模拟物由粘胶纤维制成，粘连在所述仿真椎间盘外侧的任意位置上；所述仿真组织由聚醚型聚氨酯制成。

2.根据权利要求1所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述仿真脊柱上还设置有仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带；所述仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带均由硅橡胶材料制成。

3.根据权利要求2所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带均可拆卸式嵌套在所述仿真脊柱上。

4.根据权利要求1所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述仿真脊柱由第一腰椎至第五腰椎椎体的仿真椎体骨骼组成，每段所述仿真椎体骨均包括由磷酸钙生物陶瓷材料通过3D打印形成的椎体、上关节突、下关节突、横突、棘突、椎弓根和椎弓板部分。

5.根据权利要求1所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述仿真组织通过3D打印形成，所述仿真组织的内部开设有一与所述仿真脊柱形状相匹配的空腔，所述仿真脊柱置于该空腔内。

6.根据权利要求5所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述仿真组织的外侧还包裹有仿真皮肤，所述仿真皮肤由医用硅胶制成，仿真皮肤包裹并贴合在所述仿真组织上。

7.根据权利要求1所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，每段所述仿真椎体骨骼和仿真椎间盘上均开设有一通孔，通孔内穿有固定柱，所述固定柱将各段仿真椎体骨骼和仿真椎间盘连成一体；所述固定柱的两端分别伸出第一段仿真椎体骨骼和最后一段仿真椎体骨骼，伸出部分架设在支撑支架上。

8.根据权利要求7所述的脊柱椎间孔镜手术模型，其特征在于，所述固定柱两端的伸出部分通过德式十字夹与所述支撑支架固定。

9.一种权利要求1~8任意一项所述脊柱椎间孔镜手术模型的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）首先根据人体腰椎图像建立3D解剖结构图，分离解析人体腰椎局部结构内的器官与组织，同比例构建3D结构图；

（2）依据建立的3D结构图，采用不同材料分别打印仿真椎体骨骼、仿真椎间盘、椎间盘突出模拟物和仿真组织；

（3）组合仿真椎体骨骼和仿真椎间盘形成仿真脊柱，并根据需要模拟的手术类型将椎间盘突出模拟物黏贴在仿真椎间盘外侧合适位置，构建椎间盘突出模型；

（4）将上述组合后的椎间盘突出模型放入仿真组织的内部空腔中，形成脊柱椎间孔镜手术模型；

（5）将脊柱椎间孔镜手术模型放置于工作台的支撑支架上，并旋转至与人体俯卧位或侧卧位相对应的位置上。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：

在步骤（2）中，依据建立的3D结构图，还采用硅橡胶材料打印有仿真硬膜囊、仿真神经根组织以及仿真黄韧带，采用医用硅胶打印仿真皮肤；

在步骤（3）中，将打印好的仿真硬膜囊和仿真神经根组织置入仿真脊柱的椎管，将仿真黄韧带于相邻两段仿真椎体骨骼的椎弓板相连接；

在步骤（4）中，将仿真皮肤包裹在仿真组织的表面，并用固定夹将仿真皮肤固定于工作台上，使仿真皮肤维持张力，与仿真组织紧密接触。