CN113349878B - 一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了手术导板及其设计方法，涉及医疗器械技术领域，解决颈前路椎体截骨手术中主要由医生的临床经验和主观判断进行手术的问题，该法根据收集的患者手术部位椎体影像学资料重建手术部位椎体的颈椎三维立体模型，之后根据颈椎三维立体模型获取手术部位椎体相关的解剖学关系，再根据解剖学关系设计手术导板模型，对其定位部件和操作部件进行几何设计以使手术导板能与手术部位椎体连接，最后根据手术导板模型制作手术导板。通过该法设计的该手术导板能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升手术的精准度，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，以实现手术效果的最佳化。

Description

一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板及其设计方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体的说，是一种用于颈前路椎体截骨手术中精确定位颈椎切除范围大小的手术导板以及该手术导板的设计方法。

背景技术

颈椎病是一种退行性疾病，是由于年龄增长、使用过度、修复能力降低引起颈椎结构的衰退，包括颈椎间盘突出、椎体骨赘形成、后纵韧带骨化等，进而导致颈脊髓、神经、血管的损害，严重者出现排尿排便功能障碍，甚至四肢瘫痪。随着人口老龄化进展，颈椎病的发生率越来越高。

目前针对颈椎病的治疗主要为两大类：非手术疗法和手术疗法，但各自均存在一定的缺陷。(1)非手术疗法：药物、理疗、热敷、按摩、针灸等，可以暂时性地减轻疼痛，缓解症状，但无法从根本上解决问题。(2)手术疗法：虽然通过手术治疗可以直接有效地切除骨刺或凸出的椎间盘，然而采取手术对患者造成的创伤较大、出血量多，具有不可预测的风险，并且可能导致一系列的后遗症和并发症，延长术后的恢复时间。此外，手术的操作和对患者预后的影响不仅受到手术方式和手术器械的影响，更是在很大地程度上取决于医生临床技能水平的高低和实操经验的丰富与否。针对颈椎退行性变，常见的非手术方案治症不治本，手术方案为切除患者患处的椎体并使用人工椎体进行替换，但人工椎体存在着稳定性差、贴附度低、颈椎生理曲度恢复不佳等问题，由此造成患者吞咽困难、食管损伤及颈前软组织水肿等并发症，严重影响患者的正常生活。随着手术方案的不断优化和改善，颈前路椎体截骨手术应用而生，该术式经颈前路行开槽取出椎体前缘部分骨质，暴露椎体后缘病变骨质并切除，随后将先前取出的椎体前缘骨质归位复原，在解压彻底的前提下尽量少地切除病变椎体，维持椎体功能。但是该术式无法精准定位需要开槽取出椎体前缘正常骨质的范围，进而导致需切除的椎体后缘病变骨质的大小也尚不明确。目前，医生往往结合X片、CT、MRI等影像数据进行主观判断，从而根据自己的临床实际经验确定术中开槽取骨的范围，导致颈椎外科截骨手术中截骨范围的确定主要依赖医生术中主观性定位，因此无法避免医生在实际应用过程中出现偏差。医生的临床经验和主观判断会对患者的手术治疗和术后恢复情况造成比较显著的影响，因此，优化颈椎病治疗手术的流程及规范术中细节对于提升颈椎病手术治疗水平至关重要。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板及其设计方法，通过该法设计的该手术导板能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升手术的精准度，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，以实现手术效果的最佳化。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板，所述手术导板包括定位部件和操作部件；

所述操作部件包括基板和设置于所述基板的横向两端的进刀板，所述基板与两所述进刀板组合成一开口向上的纵向延伸的梯形槽结构件；所述进刀板的内部设置有自其顶端延伸至底端的用于插入超声刀而无法插入刀鞘的进刀通孔；

所述定位部件包括两块刚性的定位板，两块所述定位板分别连接于所述基板的纵向两端，所述基板与两块所述定位板组成一开口朝下的横向延伸的U形槽结构件。

采用上述设置结构时，基板的底面用于与病变椎体的前缘表面接触，基板用于定位两侧的进刀板以确定出两进刀通孔的进刀口之间的位置关系。进刀通孔的延伸方向与基板之间的夹角用于确定出超声刀的进刀角度，进刀板只能通过超声刀而不能通过连接超声刀的刀鞘以确定出超声刀的进刀深度。两刚性的定位板用于插入到病变椎体与相邻上、下椎体构成的椎间隙中以能将操作部件定位在病变椎体的前缘位置。该种手术导板的结构设置能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升提升颈前路开槽手术过程中取出正常截骨范围的精准性，进而保证切除病变骨质大小的合理性，最大程度地保留患者自身的颈椎椎体结构，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，以实现手术效果的最佳化。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述进刀通孔的横向孔径与超声刀的宽度相等。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述基板与所述定位板可拆卸连接。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述定位板的底部的横向两端设置有内凹的避位形成T形结构件。

采用上述设置结构时，两侧的避位能够避开椎间隙两侧的钩突关节，能够使定位板插入到椎间隙中的更深处获得更好的定位性。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述定位板于两所述避位之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄。

进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述基板的底面具有内凹的纵向延伸的弧形槽。

采用上述设置结构时，弧形槽的设置可使得基板能够与病变椎体前缘表面具有更好的互补性，可提高手术导板与椎体连接后的整体稳定性。

本发明还提供了一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板的设计方法，该设计方法通过以下步骤对权利要求1或2所述的手术导板进行设计：

S1、收集患者手术部位椎体的影像学资料；

S2、根据所述影像学资料重建手术部位椎体的颈椎三维立体模型；

S3、根据所述颈椎三维立体模型获取手术部位椎体相关的解剖学关系；

S4、根据所述解剖学关系设计所述手术导板的模型，对所述手术导板的定位部件和操作部件进行几何设计以使所述手术导板能与手术部位椎体连接；

S5、根据所述手术导板的模型制作出所述手术导板。

采用上述方法时，采用该设计方法设计出的手术导板模型为根据患者手术部位椎体的影像学资料重建颈椎三维立体模型后获得手术部位椎体相关的解剖学关系而制作的手术导板，可有针对性地根据患者的具体情况在手术前制作出适用于患者本身手术部位椎体的个性化手术导板。由于该手术导板的数据源是患者本身的病灶数据，因此手术导板能够与患者的解剖学数据完美匹配，高度契合每一位患者的实际截骨需求，实现个性化的定制。因此该手术导板能够为医生在术前和术中多个阶段提供有力的支持，通过其结构设置能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升提升颈前路开槽手术过程中取出正常截骨范围的精准性，进而保证切除病变骨质大小的合理性，最大程度地保留患者自身的颈椎椎体结构，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，可避免传统手术过程中仅凭术者经验的“盲切”现象，大大提升手术质量，实现手术效果的最佳化。

进一步的，步骤S1中，所述影像学资料包括患者病变椎体及其相邻上、下椎体以及这三个椎体间的两个椎间隙的计算机断层扫描、磁共振成像及X线摄片中的一种或多种所获取的数据。

进一步的，步骤S2中，所述颈椎三维立体模型是借助图像处理软件重建的颈椎3D模型，所述颈椎三维立体模型包含病变椎体及其相邻上、下椎体以及这三个椎体所构成的两个椎间隙。

进一步的，步骤S3中，所述解剖学关系包括病变椎体左右径、病变椎体前后径、病变椎体上下径、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻上椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距、病变椎体与相邻下椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距。

进一步的，使所述进刀通孔的纵向孔径与病变椎体上下径相符；使所述进刀通孔与所述基板的夹角β为超声刀进刀角度α的补角；使两所述进刀通孔于出刀口处的横向间距等于病变椎体前方切口横径，使所述进刀通孔的孔长根据手术实际需求进行设计；

使两所述定位板的竖向长度同与之相对应的椎间隙的纵深相符、横向长度与椎间隙的宽度相符、板厚同与之相对应的椎间隙高度相符以使所述定位板能固定于相应椎间隙中以稳定所述操作部件；使两所述定位板之间的间距等于两椎间隙的间距。

进一步的，使所述进刀通孔的孔长控制到1.5-2.5cm。

进一步的，使所述基板的板厚控制到2mm。

进一步的，使所述基板的纵向长度与病变椎体上下径相等，使所述基板的横向长度与病变椎体前方切口横径相等。

进一步的，使所述基板以病变椎体中线为基准向两侧分别延伸5-10mm以使所述基板的横向长度控制到1-2cm。

进一步的，使所述β＝120°-140°。

进一步的，所述定位板的底部的横向两端设置有内凹的避位形成T形结构件，使所述定位板的顶部的横向长度与椎间隙的宽度相符；使所述定位板于两所述避位之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄并符合相应椎间隙中两侧钩突关节形状的变化，使两所述避位的最窄处的横向长度与相应椎间隙中两侧钩突关节间距相符。

进一步的，所述基板的底面具有内凹的纵向延伸的弧形槽，使所述弧形槽为形状与病变椎体前缘表面能相拟合形成互补的弧面。

进一步的，所述手术导板采用3D打印技术设计制造，在步骤S2-步骤S5中，借助图像处理软件完成颈椎三维立体模型各项加工参数的设计后以STL文件形式输出，利用OpenGL重建生成手术导板的模型，将手术导板的模型文件导入激光选区进行熔化，完成基于数字化结构设计的3D打印模型打印，之后对3D打印出的手术导板进行后续工艺处理以符合手术要求。

采用上述方法时，通过3D打印技术能降低手术导板生产难度，提高生产速度，获得更符合手术部位椎体形状结构的手术导板。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明中，该手术导板模型为根据患者手术部位椎体的影像学资料重建颈椎三维立体模型后获得手术部位椎体相关的解剖学关系而制作的手术导板，可有针对性地根据患者的具体情况在手术前制作出适用于患者本身手术部位椎体的个性化手术导板。该手术导板中的基板的底面用于与病变椎体的前缘表面接触，基板用于定位两侧的进刀板以确定出两进刀通孔的进刀口之间的位置关系。进刀通孔的延伸方向与基板之间的夹角用于确定出超声刀的进刀角度，进刀板只能通过超声刀而不能通过连接超声刀的刀鞘以确定出超声刀的进刀深度。两刚性的定位板用于插入到病变椎体与相邻上、下椎体构成的椎间隙中以能将操作部件定位在病变椎体的前缘位置。该设计方法设计出的手术导板模型为根据患者手术部位椎体的影像学资料重建颈椎三维立体模型后获得手术部位椎体相关的解剖学关系而制作的手术导板，可有针对性地根据患者的具体情况在手术前制作出适用于患者本身手术部位椎体的个性化手术导板。由于该手术导板的数据源是患者本身的病灶数据，因此手术导板能够与患者的解剖学数据完美匹配，高度契合每一位患者的实际截骨需求，实现个性化的定制。因此该手术导板能够为医生在术前和术中多个阶段提供有力的支持，通过其结构设置能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升提升颈前路开槽手术过程中取出正常截骨范围的精准性，进而保证切除病变骨质大小的合理性，最大程度地保留患者自身的颈椎椎体结构，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，可避免传统手术过程中仅凭术者经验的“盲切”现象，大大提升手术质量，实现手术效果的最佳化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是手术导板的结构示意图；

图2是定位部件的结构示意图；

图3是操作部件的结构示意图；

图4是病变椎体的俯视几何关系示意图；

图5是病变椎体的正视几何关系示意图；

图6是病变椎体的俯视构成示意图；

图7是颈椎节段的结构示意图；

图8是患者甲的颈椎侧视影像资料图；

图9是患者甲的病变椎体俯视影像资料图；

图中标记为：

11、定位板；111、避位；21、基板；211、弧形槽；22、进刀板；221、进刀通孔；

3、病变椎体；4、相邻上椎体；5、相邻下椎体；6、椎间隙；7、钩突关节；8、病变骨质；9、正常截骨；10、骨质增生。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图6中的病变椎体大致由前部的正常截骨9和后部的病变骨质8以及病变骨质8处的骨质增生10构成。图4和图5中的各点之间构成的线段为解剖学关系中相应项目的长度。其中，ab表示病变椎体左右径，ac表示病变椎体前后径，ai表示病变椎体上下径；de表示病变椎体前方切口横径；fg表示病变椎体内部切口横径；α表示超声刀进刀角度，β表示进刀板或进刀通孔与基板的夹角，df表示超声刀进刀深度，fh表示超声刀总长度。图7中圆框中的机构表示钩突关节。

实施例1：

一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板，能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，明确其高度、宽度等解剖学细节，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升手术的精准度，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，解决传统手术中存在的弊端，使得手术导板在指导医生进行截骨手术时发挥更优的作用，以实现手术效果的最佳化，如图1、图2、图3所示，特别设置成下述结构：

该手术导板包括定位部件和操作部件。

具体的，操作部件为一体结构件，包括水平放置的基板21和设置于基板21的横向两端的进刀板22，基板21为俯视结构为矩形的板状结构件，进刀板22为斜向设置的扁平的椭圆管形的直筒结构件，进刀板22内部设置有沿其轴线自其顶端延伸至底端的用于插入超声刀而无法插入刀鞘的进刀通孔221，进刀通孔221为截面呈扁平椭圆的通孔，由于进刀板22为直筒结构件，则进刀板22的轴向长度等于进刀通孔221的孔长。基板21的横向两端与两进刀板22各自的底端固定连接组合成一开口向上的纵向延伸的梯形槽结构件。

定位部件包括两块竖向设置的刚性的定位板11，两块定位板11的顶端分别与基板21的纵向两端相连接，基板21与定位板11之间的连接可为一体式的固定连接也可为不同部件间可拆固定连接。基板21与两块定位板11组成一开口朝下的横向延伸的U形槽结构件。进刀板22与基板21之间的夹角即为进刀通孔221与基板21之间所成夹角β，该进刀板22的倾斜程度决定了超声刀进刀角度α，其中，β为α的补角。两定位板11相互平行并与基板21垂直，定位板11与两进刀板22在结构上呈垂直设置。

上述结构的手术导板中，基板21的底面用于与病变椎体的前缘表面接触，基板21用于定位两侧的进刀板22以确定出两进刀通孔221的进刀口之间的位置关系。进刀通孔221的延伸方向与基板21之间的夹角用于确定出超声刀的进刀角度，进刀板22只能通过超声刀而不能通过连接超声刀的刀鞘以确定出超声刀的进刀深度。两刚性的定位板11用于插入到病变椎体与相邻上、下椎体构成的椎间隙中以能将操作部件定位在病变椎体的前缘位置。该种手术导板的结构设置能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升提升颈前路开槽手术过程中取出正常截骨范围的精准性，进而保证切除病变骨质大小的合理性，最大程度地保留患者自身的颈椎椎体结构，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，以实现手术效果的最佳化。

优选的，进刀通孔221的横向孔径与超声刀的宽度相等，以使超声刀上的刀鞘不能进入到进刀通孔221内，可辅助医生确定出超声刀的进刀深度。进刀通孔221的纵向孔径与病变椎体上下径相符。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

定位板11在竖向上由上到下分为顶部和底部，定位板11的底部的横向两端设置有内凹的弧形避位111而形成顶部宽、底部窄的T形结构件。定位板11于两避位111之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄。

T形结构的设计原因是由于上下颈椎间在两侧会形成钩突关节7，故在定位板11两侧需空出一定空间形成避位。这样，两侧的避位111能够避开椎间隙两侧的钩突关节，能够使定位板11插入到椎间隙中的更深处获得更好的定位性，定位板11上横向长度逐渐变化的设计可使定位板11在避开钩突关节的部位与椎间隙具有更大的接触面。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

在基板21的底面设置有一内凹的弧形槽211，弧形槽211沿纵向延伸。弧形槽211的设置可使得基板21能够与病变椎体前缘表面具有更好的互补性，可提高手术导板与椎体连接后的整体稳定性。

实施例4：

一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板设计方法，该设计方法根据图4-图7，以实施例3中的手术导板为基础进行具体阐述：

并利用计算机进行几何设计，根据几何关系设计出适用于截取部分颈椎骨体的手术导板。实现了术前设计出可用于指导术中截取骨体的进刀深度与角度的手术导板，在降低了手术难度的同时提高了手术精度。本发明提供的设计方法可以有效地设计出适合不同患者颈椎截骨手术的手术导板，适合在医院推广。

该设计方法通过以下步骤对实施例3中的手术导板进行设计：

S1、收集患者手术部位椎体的影像学资料。该影像学资料包括患者病变椎体及其相邻上、下椎体以及这三个椎体间的两个椎间隙的计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)及X线摄片中的一种或多种所获取的数据。

S2、根据影像学资料重建手术部位椎体的颈椎三维立体模型。该颈椎三维立体模型可借助如Mimics17.0的图像处理软件重建以获得患者手术部位的颈椎3D模型，该颈椎三维立体模型应至少包含病变椎体及其相邻上、下椎体以及病变椎体同其相邻的上、下椎体所构成的两个椎间隙。

S3、根据颈椎三维立体模型获取手术部位椎体相关的解剖学关系，以明确患者的手术部位的椎体相关的解剖特点。其中的解剖学关系包括病变椎体左右径ab、病变椎体前后径ac、病变椎体上下径ai、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻上椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距、病变椎体与相邻下椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距。

医生通过该影像学资料和解剖学关系可事先确定出需切除的病变骨质8、需要先通过超声刀取出并后归为的正常截骨9、病变椎体前方切口横径de和椎体内部切口横径fg。在此前提下可确定出超声刀进刀角度α和超声刀进刀深度df。

S4、根据解剖学关系设计手术导板的模型，对手术导板的定位部件和操作部件进行几何设计以使手术导板能与手术部位椎体连接。

在步骤S4中，根据解剖学关系设计的手术导板中的定位部件进行以下具体设计以更好地适配手术部位椎体：

该手术导板是由定位部件和操作部件两部分组成。

定位部件是利用病变椎体3与相邻上椎体4的椎间隙6中解剖学关系及病变椎体3与相邻下椎体5的椎间隙6中解剖学关系进行设计，主要对手术导板的操作部件在病变椎体前缘的放置起到定位作用，同时维持操作部件放置后的稳定。定位部件中的两块刚性的定位板11在使用时需要分别置于病变椎体与相邻椎体构成的两个椎间隙中，通过步骤S3中病变椎体与相邻椎体所构成的椎间隙和钩突关节7的相关数据所设计出在空间上与其解剖学关系相符的刚性部件，形成空间上的互补，使得定位部件能够依赖手术部位解剖特征实现定位的功能，保证手术导板的空间确定性，由于各椎体的形状结构会有不同，因此，两定位板11的形状结构类似但是根据上下椎间隙的形状及解剖学关系会有所差异。设计时，使两定位板11之间的间距等于两椎间隙的间距，并使两定位板11的竖向长度同与之相对应的椎间隙的纵深相符、横向长度与椎间隙的宽度相符、板厚同与之相对应的椎间隙高度相符以使定位板11能固定于相应椎间隙中以稳定所述操作部件，使定位板11的顶部的横向长度与椎间隙的宽度相符；使定位板11于两避位111之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄并符合相应椎间隙中两侧钩突关节形状的变化，使两避位111的最窄处的横向长度与相应椎间隙中两侧钩突关节间距相符。定位板11的各部位的尺寸设计组合后需要保证稳固地卡在椎间隙处，以手术导板不松动为准。

操作部件是利用进行颈前路椎体截骨手术所需要操作的手术部位(即病变椎体节段)的解剖学关系进行设计的，主要起到规范术中开槽取骨时的超声刀进刀角度α和进刀深度df，使得开槽过程中取出正常截骨9范围的精准，进而保证切除病变骨质8的合理。设计时，使进刀通孔221的纵向孔径与病变椎体上下径相符，进刀通孔221的横向孔径与超声刀的宽度相符以恰好能插入超声刀；使进刀通孔221与基板21的夹角β为超声刀进刀角度α的补角；使两进刀通孔221于出刀口处的横向间距等于病变椎体前方切口横径；使进刀通孔221的孔长根据手术实际需求进行设计；使基板21底部的弧形槽211为形状与病变椎体前缘表面能相拟合形成互补的弧面。其中，基板21的板厚一般控制到2mm，并使基板21的纵向长度与病变椎体上下径相等，使基板21的横向长度与病变椎体前方切口横径相等，使操作部件具有最小的设置空间。临床上，α一般为40°-60°，则β需根据具体情况设计为120°-140°。进刀通孔221的孔长一般控制到1.5-2.5cm。一般使基板21以病变椎体中线为基准向两侧分别延伸5-10mm以使基板21的横向长度控制到1-2cm，覆盖住病变椎体前方其左右径的三分之一到三分之二。

S5、根据手术导板的模型制作出手术导板。

采用该设计方法设计出的手术导板模型为根据患者手术部位椎体的影像学资料重建颈椎三维立体模型后获得手术部位椎体相关的解剖学关系而制作的手术导板，可有针对性地根据患者的具体情况在手术前制作出适用于患者本身手术部位椎体的个性化手术导板。由于该手术导板的数据源是患者本身的病灶数据，因此手术导板能够与患者的解剖学数据完美匹配，高度契合每一位患者的实际截骨需求，实现个性化的定制。因此该手术导板能够为医生在术前和术中多个阶段提供有力的支持，通过其结构设置能够帮助医生明确需要完全切除的病变骨质大小，辅助医生顺利完成精细手术，不仅可以有效提升提升颈前路开槽手术过程中取出正常截骨范围的精准性，进而保证切除病变骨质大小的合理性，最大程度地保留患者自身的颈椎椎体结构，更能合理减少手术步骤、缩短手术时间、减轻医生术中强度，可避免传统手术过程中仅凭术者经验的“盲切”现象，大大提升手术质量，实现手术效果的最佳化。

颈前路椎体截骨手术中手术部位几何设计包括以下几个要点：

(1)手术操作过程中超声刀进刀角度α、超声刀进刀深度df、病变椎体前方切口横径de、椎体内部切口横径fg之间存在着紧密的联系，即df*cosα＝(de-fg)/2。因此，在病变椎体前方切口横径de和椎体内部切口横径fg确定的前提下，即可根据不同的超声刀进刀角度α来确定不同的超声刀进刀深度df。

(2)由于超声刀总长度fh是一定的，在确定了超声刀进刀深度df的前提下，留在外部的超声刀刀鞘长度dh即可通过关系式：dh＝fh-df唯一确定，因此，在超声刀一定时，可根据超声刀需要进入病变椎体的长度来设计进刀板22及进刀通孔221的长度，如此一来，可便于医生在术前提前确定超声刀操作的各项细节，利于精细设计手术细节。

实施例5：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：

在步骤S1中所提及的影像学资料主要包括患者病变椎体及其相邻上下椎体、三个椎体间的两个椎间隙的计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)及X线摄片所获取的数据，这部分数据以DICOM格式导入Mimics17.0。

进一步的，所述手术导板采用3D打印技术设计制造，在步骤S2-步骤S5中，将影像学资料以DICOM格式导入图像处理软件，比如Mimics17.0中，并借助图像处理软件完成颈椎三维立体模型各项加工参数的设计后以STL文件形式输出，利用OpenGL重建生成手术导板的模型，将手术导板的模型文件导入激光选区进行熔化，完成基于数字化结构设计的3D打印模型打印，之后对3D打印出的手术导板进行后续工艺处理以符合手术要求。其中，操作部件与定位部件可分开制作，制作完成后将两者结合后即可在手术中应用。该步骤S5的设计方法通过3D打印技术能降低手术导板生产难度，提高生产速度，获得更符合手术部位椎体形状结构的手术导板，由于该手术导板的数据源是患者本身的病灶数据，因此手术导板能够与患者的解剖学数据完美匹配，高度契合每一位患者的实际截骨需求，实现个性化的定制。手术导板能够为医生在术前和术中多个阶段提供有力的支持，避免了传统手术过程中仅凭术者经验的“盲切”现象，大大提升手术质量。

以下，提供一种患者甲的具体病例对手术导板的设计进行说明。

S1，收集患者手术部位椎体的影像学资料，获得图8和图9中的影像。

图8和图9是患者甲颈椎病变部位的影像检查结果，此例中，如图8所示，该患者的颈5、颈6节段有明显的退行性变(骨质增生10)，通过该影像资料，现拟对颈6椎体采取颈前路椎体截骨手术。

S2、在获取患者甲的影像学资料后，需重点将第6颈椎及其相邻的第5颈椎和第7颈椎，以及第5、6、7颈椎间的两个椎间隙的相关影像资料以DICOM格式导入Mimics17.0，借助Mimics17.0并以STL格式重建患者甲的第5、6、7颈椎节段以及其椎间隙的三维立体模型。

S3、获取患者手术部位椎体相关的解剖学关系，得到表1和表2中的相关数据。

表1：患者甲病变椎体相关数据测量示例

表2：患者甲相邻椎间隙相关数据测量示例

S4、根据表1的内容设计导板模型，对手术导板的定位部件和操作部件进行几何设计。

对于导板中定位部件的设计，T形的定位板11的竖向长度与椎间隙纵深相符的前提上，一般来说需要在椎间隙纵深的基基础上增加1mm-2mm，使两定位板11的竖向长度分别为10.3-11.3和10.7-11.7之间；定位板11的厚度与椎间隙高度相符的同时，一般来说需要在椎间隙高度的基础上减少1mm，故在本例中两定位板11的厚度为别为2.9mm和3.6mm；两定位板11的横向长度与两侧钩突关节之间的距离相符，并且一般来说需要这个距离的基础上减少1mm-2mm；避位111处的横向长度逐渐变化，其宽度变化的情况与两侧钩突关节形状相符，一般来说在两者互补的基础上，其宽度减少不超过1mm，故在本例中一块定位板11的横向长度最小时为14.7mm，最大时为15.4mm；另一块定位板11的横向长度最小时为15.5mm，最大时为16.3mm。

对于导板中操作部件的设计中，首先基于医生考虑，拟定患者甲超声刀进刀角度为60°，故α＝60°且β＝180°-60°＝120°，因此两进刀板22分别与基板21形成的60°夹角；接着拟定颈6椎体的超声刀的进刀深度为2.4mm，当手术开槽取出正常截骨9时由于超声刀总长度fh固定，由此也确定了手术中超声刀刀鞘长度dh，即进刀板22的长度为dh-2.4mm，进刀板22的进刀通孔221的纵向孔径为病变椎体上下径ai＝6.4mm，横向孔径为超声刀厚度，一般为1mm；最后，由于病变椎体前方切口横径de不能大于病变椎体左右径ab，因此颈6椎体前方切口横径的长度不超过18.1mm；且病变椎体内部切口横径fg的长度需小于病变椎体前方切口横径de。当拟定颈6前方切口长度分别为9.5mm，故基板21的横向长度为9.5mm，纵向长度则为椎体上下径6.4mm，厚度一般固定2mm。

S5、利用3D打印技术根据设计的手术部位打印出手术导板。在获取和计算了以上表1中的现相关数据和手术设计参数的前提下，我们以STL文件的形式输出模型，利用OpenGL重建生成一个立体的手术导板模型，将模型文件导入激光选区进行熔化，完成基于数字化结构设计的3D打印模型打印。打印出的手术导板进行后续打磨、抛光、消毒等工艺处理后便成功地为该患者甲设计了匹配其实际情况的个性化手术导板，指导手术操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板，其特征在于：所述手术导板包括定位部件和操作部件；

所述操作部件包括基板（21）和设置于所述基板（21）的横向两端的进刀板（22），所述基板（21）与两所述进刀板（22）组合成一开口向上的纵向延伸的梯形槽结构件；所述进刀板（22）的内部设置有自其顶端延伸至底端的用于插入超声刀而无法插入刀鞘的进刀通孔（221）；

所述定位部件包括两块刚性的定位板（11），两块所述定位板（11）分别连接于所述基板（21）的纵向两端，所述基板（21）与两块所述定位板（11）组成一开口朝下的横向延伸的U形槽结构件；

所述定位板（11）的底部的横向两端设置有内凹的避位（111）形成T形结构件；

所述定位板（11）于两所述避位（111）之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄。

2.根据权利要求1所述的手术导板，其特征在于：所述进刀通孔（221）的横向孔径与超声刀的宽度相等。

3.根据权利要求1所述的手术导板，其特征在于：所述基板（21）的底面具有内凹的纵向延伸的弧形槽（211）。

4.一种用于颈前路椎体截骨手术的手术导板的设计方法，其特征在于：通过以下步骤对权利要求1或2所述的手术导板进行设计：

S1、收集患者手术部位椎体的影像学资料；

S2、根据所述影像学资料重建手术部位椎体的颈椎三维立体模型；

S3、根据所述颈椎三维立体模型获取手术部位椎体相关的解剖学关系；

S4、根据所述解剖学关系设计所述手术导板的模型，对所述手术导板的定位部件和操作部件进行几何设计以使所述手术导板能与手术部位椎体连接；

S5、根据所述手术导板的模型制作出所述手术导板。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于：步骤S1中，所述影像学资料包括患者病变椎体及其相邻上、下椎体以及这三个椎体间的两个椎间隙的计算机断层扫描、磁共振成像及X线摄片中的一种或多种所获取的数据。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于：步骤S2中，所述颈椎三维立体模型是借助图像处理软件重建的颈椎3D模型，所述颈椎三维立体模型包含病变椎体及其相邻上、下椎体以及这三个椎体所构成的两个椎间隙。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于：步骤S3中，所述解剖学关系包括病变椎体左右径、病变椎体前后径、病变椎体上下径、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻上椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙高度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙宽度、病变椎体与相邻下椎体的椎间隙纵深、病变椎体与相邻上椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距、病变椎体与相邻下椎体所构成的左侧钩突关节宽度与高度以及右侧钩突关节宽度与高度以及双侧钩突关节间距。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于：使所述进刀通孔（221）的纵向孔径与病变椎体上下径相符；使所述进刀通孔（221）与所述基板（21）的夹角β为超声刀进刀角度α的补角；使两所述进刀通孔（221）于出刀口处的横向间距等于病变椎体前方切口横径；使所述进刀通孔（221）的孔长根据手术实际需求进行设计；

使两所述定位板（11）的竖向长度同与之相对应的椎间隙的纵深相符、横向长度与椎间隙的宽度相符、板厚同与之相对应的椎间隙高度相符以使所述定位板（11）能固定于相应椎间隙中以稳定所述操作部件；使两所述定位板（11）之间的间距等于两椎间隙的间距。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于：使所述进刀通孔（221）的孔长控制到1.5-2.5cm；使所述基板（21）的板厚控制到2mm；使所述基板（21）的纵向长度与病变椎体上下径相等，使所述基板（21）的横向长度与病变椎体前方切口横径相等；使所述β=120°-140°。

10.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于：所述定位板（11）的底部的横向两端设置有内凹的避位（111）形成T形结构件，使所述定位板（11）的顶部的横向长度与椎间隙的宽度相符；使所述定位板（11）于两所述避位（111）之间部位的横向长度自上而下逐渐变窄并符合相应椎间隙中两侧钩突关节形状的变化，使两所述避位（111）的最窄处的横向长度与相应椎间隙中两侧钩突关节间距相符。

11.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于：所述基板（21）的底面具有内凹的纵向延伸的弧形槽（211），使所述弧形槽（211）为形状与病变椎体前缘表面能相拟合形成互补的弧面。

12.根据权利要求6-11任一项所述的设计方法，其特征在于：所述手术导板采用3D打印技术设计制造，在步骤S2-步骤S5中，借助图像处理软件完成颈椎三维立体模型各项加工参数的设计后以STL文件形式输出，利用OpenGL重建生成手术导板的模型，将手术导板的模型文件导入激光选区进行熔化，完成基于数字化结构设计的3D打印模型打印，之后对3D打印出的手术导板进行后续工艺处理以符合手术要求。

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