CN112716592A - 基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，涉及医疗辅助器械技术领域，基于体表建立骶髂螺钉安全通道耗时、风险高，本装置为一种计算机辅助下的个性化手术导板方向调整装置系统。通过数字骨科技术在计算机内进行装置组配，分析组配后的方位参数，按照参数在体外安装该装置，即可获得骶髂螺钉理想的安全通道。具体方案为：包括固定机构和导向机构，固定机构连接设有第一连接杆，导向机构连接设有第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆通过球形万向节连接。传统透视下置入骶髂螺钉，透视次数可达数十次甚至近百次，通过该技术可以控制在数次之内，明显减少术中时间及透视次数，减少医务人员及患者的射线暴露量。

Description

基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置及调节方法
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械技术领域，更具体地说，它涉及一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置。
背景技术
垂直不稳定型骨盆骨折中常存在骨盆后环损伤，表现为骶髂关节及其周围结构的损伤：骶骨骨折、骶髂关节骨折脱位等。骶髂螺钉因其具有良好的生物力学性能，是目前治疗骶髂关节及其周围结构的损伤、降低其致残率的优选方案。
然而骶骨复杂的解剖结构的特点及变异性导致螺钉置入困难，置钉安全范围小。第一，骶髂螺钉置入通道毗邻骶神经及盆腔内脏等重要结构，螺钉的穿出可致骶神经、髂内动静脉、腰骶干及闭孔神经等重要血管、神经损伤，严重可致命；第二，螺钉置入区域狭小，置入过程需反复透视确定螺钉的入钉点及钉道方向，以免螺钉置入位置偏移，导致内固定失败，影响手术疗效。此外，传统的多角度反复透视会增加患者及手术操作人员的射线暴露，导致辐射损伤及增加肿瘤的发生风险。因此，为提高螺钉置入的准确性及减少透视时间，临床常采用CT引导或术中导航系统进行骶髂螺钉的置入，但导航系统价格昂贵，很多医疗机构不具备条件开展此类手术。
随着数字骨科的发展，通过数字骨科技术，可将骨盆CT扫描的DICOM数据导入数字骨科软件，按照预定的最佳螺钉通道生成手术导板，通过手术导板精准置入骶髂螺钉，这方面具有使用方便、简化手术难度、提高手术精度、减少手术操作时间等优点，尤其对于经验不足的医师更有帮助。目前也有很多骶髂螺钉内固定导向器的研制及临床应用的报道，但均存在导航器定位复杂，确定进针点方向和位置操作相对复杂，可重复性低，难以临床推广。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，基于体表建立骶髂螺钉安全通道耗时、风险高，本装置为一种计算机辅助下的个性化手术导板方向调整装置系统。通过数字骨科技术在计算机内进行装置组配，分析组配后的方位参数，按照参数在体外安装该装置，即可获得骶髂螺钉理想的安全通道。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，包括固定机构和导向机构，固定机构连接设有第一连接杆，导向机构连接设有第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆通过球形万向节连接；第二连接杆上设有角度传感器。
在上述方案中，将上述固定机构、导向机构及两机构组件进行激光扫描，然后将扫描的数据导入数字骨科软件进行建模。实施过程如下：首先将固定机构固定于髂骨并作为参考点，然后进行骨盆CT扫描，将CT扫描的DICOM数据导入数字骨科软件，在计算机内进行模拟装配，生产理想的骶髂螺钉安全通道，分析导向机构的方位参数。然后根据参数在体外对导向机构进行组装可以在体外生产骶髂螺钉安全通道。安装及置入骶髂螺钉过程：通过在第一连接杆和第二连接杆的连接端分别设置两个球形凹槽，凹槽内放置转动球，转动球通过摩擦进行方向调节和限位，然后调节方向使得导向机构调节至需要的朝向，然后通过导向机构，将导针置入体内，空心钻顺导针开孔，最后顺着导针置入空心螺钉。
以第一连接杆和第二连接杆水平设置为初始点，在第二连接杆相对第一连接杆转动时，角度传感器感应到第二连接杆的相对转动角度，以便达到第一连接杆相对第二连接杆的转动角度。
上述方案可以实现导向机构的任意方向的调节，同时能够解放人力，不需要人为固定；通过计算机模拟方向调节，具有精准特性，在模拟出需要钻入的角度后，针对性调节导向机构的方向，由此构建的通道具有更安全，更省力的优点；且在方向固定后，无须数十次甚至近百次的透视来确定方向，可以减少因辐射造成的损伤。
作为一种优选方案，第一连接杆靠近球形万向节处设有感应点，第二连接杆靠近球形万向节处设有感应点。
在上述优选方案中，通过两个感应点的相对距离，可以在计算机内精准两连接杠的距离，使得组配更精确，以提高体外装配的精确率；感应点可设置感应器，或设置为感应器能够感应的标记点，以实现快速获取两个感应点的相对距离的目的。
作为一种优选方案，第一连接杆或第二连接杆为套杆设置。
在上述优选方案中，套杆设置，可以调节第一连接杆或第二连接杆的长度，以满足患者个体差异。
作为一种优选方案，套杆设置的第一连接杆或第二连接杆上标设有刻度。
在上述优选方案中，通过设置刻度，能够了解到第一连接杆或第二连接杆的伸缩长度。
作为一种优选方案，导向机构包括第二连接杆、连接板和手术导向杆，第二连接杆和连接板一体成型，手术导向杆与连接板固定连接。
在上述优选方案中，通过手术导向杆将导向针放置在人体内；导向杆为空心设置，导向针向导向杆内置入，然后通过空心钻头沿导向针的方向进行钻孔即可；第二连接杆和连接板一体成型，增加二者的稳固性；在不同的优选方案中，第二连接杆也可与连接板铰接，使得连接板能够贴合患者表皮，避免出现尖端抵触患者表皮，对患者造成不适的情况。
作为一种优选方案，固定机构为自攻螺钉。
在上述优选方案中，通过自攻螺钉将固定机构固定在髂骨上，然后再对导向机构进行方向调节。
作为一种优选方案，方向调节装置还包括角度固定装置，角度固定装置包括夹持第二连接杆的夹持装置。
在上述优选方案中，在导向杆的角度确定好之后，通过外接的夹持装置，将第二连接杆固定，然后将夹持装置固定保持不动，即可实现第二连接杆的固定，能够有效增加导向机构的使用时的稳定性，避免因用力过大，造成球形万向节的方向的改变，需要再次调节方向的情况。
一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置的调节方法，基于上述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，包括以下步骤：
S1：通过自攻螺钉将固定机构固定在髂骨上；
S2：通过三维CT扫描，进行三维建模，制作骶髂螺钉固定机构；
S3：以固定机构为参考点，导向机构进行方向调整；
S4：通过数字骨科技术获取方位参数，在体外通过球形万向节进行方向的匹配调整，导向机构固定；
S5：通过导向机构将导向针放置于人体内。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)传统透视下置入骶髂螺钉，透视次数可达数十次甚至近百次，通过该技术可以控制在数次之内，明显减少术中时间及透视次数，减少医务人员及患者的射线暴露量；
(2)传统方法置入骶髂螺钉过程相关并发症约10％，也有致死性病例报道。该新技术可准确精准定位骶髂螺钉通道，螺钉置入过程相关并发症可降至为0，显著提高骶髂螺钉置入安全性、精准度；
(3)传统方法骶髂螺钉置入技术难度较高，对术者技术要求高，学习曲线长，术者均为高年资医生；该新技术对术者技术要求低，学习曲线短，低年资医生即可实施，因此可在基层医院广泛开展此类手术；
(4)本发明提供的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置能够有效的构建导向通道，实现导向针的精准置入；
(5)本发明提供的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置能够在任意方向上进行调节，调节方便；
(6)本发明提供的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置结构简单，使用效果好，具有很好的经济性和实用性。
附图说明
图1是本发明的实施例中的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的局部放大图；
附图标记：
1、固定机构；2、导向机构；3、第一连接杆；4、第二连接杆；5、球形万向节；6、感应点；101、自攻螺钉；201、连接板；202、导向杆。
具体实施方式
本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
本说明书及权利要求的上下左右等方向名词，是结合附图以便于进一步说明，使得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相对而言。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，包括固定机构1和导向机构2，固定机构1连接设有第一连接杆3，导向机构2连接设有第二连接杆4，第一连接杆3和第二连接杆4通过球形万向节5连接；第二连接杆4上设有角度传感器。
在上述实施例中，将上述固定机构1、导向机构2及两机构组件进行激光扫描，然后将扫描的数据导入数字骨科软件进行建模。实施过程如下：首先将固定机构1固定于髂骨并作为参考点，然后进行骨盆CT扫描，将CT扫描的DICOM数据导入数字骨科软件，在计算机内进行模拟装配，生产理想的骶髂螺钉安全通道，分析导向机构2的方位参数。然后根据参数在体外对导向机构2进行组装可以在体外生产骶髂螺钉安全通道。安装及置入骶髂螺钉过程：通过在第一连接杆3和第二连接杆4的连接端分别设置两个球形凹槽，凹槽内放置转动球，转动球通过摩擦进行方向调节和限位，然后调节方向使得导向机构2调节至需要的朝向，然后通过导向机构2，将导针置入体内，空心钻顺导针开孔，最后顺着导针置入空心螺钉。
以第一连接杆3和第二连接杆4水平设置为初始点，在第二连接杆4相对第一连接杆3转动时，角度传感器感应到第二连接杆4的相对转动角度，以便达到第一连接杆3相对第二连接杆4的转动角度。
上述实施例可以实现导向机构2的任意方向的调节，同时能够解放人力，不需要人为固定；通过计算机模拟方向调节，具有精准特性，在模拟出需要钻入的角度后，针对性调节导向机构2的方向，由此构建的通道具有更安全，更省力的优点；且在方向固定后，无须数十次甚至近百次的透视来确定方向，可以减少因辐射造成的损伤；通过计算进模拟具有精准特性，使得置钉安全，可明显减少置钉过程的严重并发症。
作为一种优选实施例，第一连接杆3靠近球形万向节5处设有感应点6，第二连接杆4靠近球形万向节5处设有感应点6。
在上述优选实施例中，通过两个感应点6的相对距离，可以在计算机内精准两连接杠的距离，使得组配更精确，以提高体外装配的精确率；感应点6可设置感应器，或设置为感应器能够感应的标记点，以实现快速获取两个感应点6的相对距离的目的。
作为一种优选实施例，第一连接杆3或第二连接杆4为套杆设置。
在上述优选实施例中，套杆设置，可以调节第一连接杆3或第二连接杆4的长度，以满足患者个体差异。
作为一种优选实施例，套杆设置的第一连接杆3或第二连接杆4上标设有刻度。
在上述优选实施例中，通过设置刻度，能够了解到第一连接杆3或第二连接杆4的伸缩长度。
作为一种优选实施例，导向机构2包括第二连接杆4、连接板201和手术导向杆202，第二连接杆4和连接板201一体成型，手术导向杆202与连接板201固定连接。
在上述优选实施例中，通过手术导向杆202将导向针放置在人体内；导向杆202为空心设置，导向针向导向杆202内置入，然后通过空心钻头沿导向针的方向进行钻孔即可；第二连接杆4和连接板201一体成型，增加二者的稳固性；在不同的优选实施例中，第二连接杆4也可与连接板201铰接，使得连接板201能够贴合患者表皮，避免出现尖端抵触患者表皮，对患者造成不适的情况。
作为一种优选实施例，固定机构1为自攻螺钉101。
在上述优选实施例中，通过自攻螺钉101将固定机构1固定在髂骨上，然后再对导向机构2进行方向调节。
作为一种优选实施例，方向调节装置还包括角度固定装置，角度固定装置包括夹持第二连接杆4的夹持装置。
在上述优选实施例中，在导向杆202的角度确定好之后，通过外接的夹持装置，将第二连接杆4固定，然后将夹持装置固定保持不动，即可实现第二连接杆4的固定，能够有效增加导向机构2的使用时的稳定性，避免因用力过大，造成球形万向节5的方向的改变，需要再次调节方向的情况。
一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置的调节方法，基于上述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，包括以下步骤：
S1：通过自攻螺钉101将固定机构1固定在髂骨上；
S2：通过三维CT扫描，进行三维建模，制作骶髂螺钉固定机构1；
S3：以固定机构1为参考点，导向机构2进行方向调整；
S4：通过数字骨科技术获取方位参数，在体外通过球形万向节5进行方向的匹配调整，导向机构2固定；
S5：通过导向机构2将导向针放置于人体内。
首先将带有传感装置的固定机构1(自攻螺钉101定位安装系统)在局麻下置入髂嵴(髂前上棘后方约1.5cm处)，进行三维CT扫描导入软件进行三维建模，在数字骨科软件下将手术导板方位调整装置与髂骨的自攻螺钉101定位安装系统进行数字化建模组配，使得通过导板螺钉能精确进入骶骨理想安全通道；根据数字化组配后的参数在体外手术导板方位调整装置与髂骨的自攻螺钉101定位安装系统组配(包括位置和三维方向精准调整，通过传感器反馈的数据与数字化的参数进行匹配)。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，包括固定机构(1)和导向机构(2)，固定机构(1)连接设有第一连接杆(3)，导向机构(2)连接设有第二连接杆(4)，第一连接杆(3)和第二连接杆(4)通过球形万向节(5)连接；第二连接杆(4)上设有角度传感器。
2.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述第一连接杆(3)靠近球形万向节(5)处设有感应点(6)，第二连接杆(4)靠近球形万向节(5)处设有感应点(6)。
3.根据权利要求2所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述第一连接杆(3)或第二连接杆(4)为套杆设置。
4.根据权利要求3所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述套杆设置的第一连接杆(3)或第二连接杆(4)上标设有刻度。
5.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述导向机构(2)包括第二连接杆(4)、连接板(201)和手术导向杆(202)，第二连接杆(4)和连接板(201)一体成型，手术导向杆(202)与连接板(201)固定连接。
6.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述固定机构(1)为固定板和与固定板螺纹连接的自攻螺钉(101)。
7.根据权利要求1所述的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，所述方向调节装置还包括角度固定装置，角度固定装置包括夹持第二连接杆(4)的夹持装置。
8.一种基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置的调节方法，基于权利要求1至7任一所述的的基于计算机辅助的置入骶髂螺钉方向调节装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过自攻螺钉将固定机构固定在髂骨上；
S2：通过三维CT扫描，进行三维建模，制作骶髂螺钉固定机构；
S3：以固定机构为参考点，导向机构进行方向调整；
S4：通过数字骨科技术获取方位参数，在体外通过球形万向节进行方向的匹配调整，导向机构固定；
S5：通过导向机构将导向针放置于人体内。
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