CN220526479U - 一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，包括手术台、手术器械和AR头显，手术台上固定有供操作者进行椎弓根置钉手术模拟训练的仿真人体脊柱区段和用于捕捉模拟训练过程中实时图像的双面摄像机；所述AR头显用于显示双面摄像机捕捉的实时图像，并生成用于辅助操作者进行模拟训练的虚拟CT图。本实用新型不仅可以供操作者进行多次重复模拟训练，而且移动方便、耗材成本较低。
Description
技术领域
本实用新型属于医疗设备技术领域，具体是一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置。
背景技术
随着微创化、智能化的外科手术技术的飞速发展，微创脊柱外科(MISS)技术相较于传统开放手术，其能够在无明显差别的前提下以最小的组织损伤与功能破坏完成手术操作并缩短患者术后康复时间，该技术是由经皮椎弓根螺钉固定技术所促进的，能够抛弃单纯减压手术的局限，实现包括病灶切除、脊柱内固定甚至畸形的矫正等目的，而数字微创脊柱外科(MISS)领域所包含的数字手术导航技术、快速成型技术、手术机器人技术和交叉现实技术是其重大分支，能够在技术上指导低年资医生完成MISS技术学习。
当患者出现腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄症、腰椎滑脱症、腰椎骨折、脊柱畸形、脊柱肿瘤等腰椎疾病时，医生一般通过微创经皮椎弓根螺钉固定术对患者的腰椎进行固定，由于人体组织器官的解剖结构复杂、手术视野小、危险性高等，这给外科手术操作带来一定难度，就椎弓根置钉手术而言，医师需要置钉80颗以上才能正式走上手术台，这就需要反复大量地操作练习，目前一般使用牛脊骨等活体生物模型或硅胶人体模型配合多种医学显示设备来进行椎弓根置钉手术的练习，具有如下弊端：1、活体标本易感染、不卫生、与真实人体结构差异大；2、市面上现有的人体模型要么粗制滥造，材料单一，无法起到练习置钉手法的作用，要么造价十分昂贵，需要开模或者昂贵耗材，且在手术中不能重复使用，造成资源浪费；3、模拟训练过程中需要配合多种昂贵的医学显示设备如X线光机、C型臂等仪器等，才能达到较高的仿真效果；4、手术训练装置占据的空间大，移动不便，甚至无法移动。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，可以供操作者进行多次重复模拟训练，而且移动方便、耗材成本较低。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，包括手术台、手术器械和AR头显，手术台上固定有供操作者进行椎弓根置钉手术模拟训练的仿真人体脊柱区段和用于捕捉模拟训练过程中手术器械位置图像的双面摄像机；
所述AR头显用于显示双面摄像机捕捉的位置图像，并生成用于辅助操作者进行模拟训练的虚拟CT图。
进一步地，所述仿真人体脊柱区段包括人体脊柱L1～L5的骨骼、马尾神经、肌肉和血管，马尾神经穿接在骨骼中，骨骼和血管均分布于肌肉中，肌肉的表面浇筑有用于模拟上皮组织的硅胶，上皮组织表面贴敷有模拟皮肤的硅胶薄膜；
所述血管包括腹主动脉血管和腰升静脉血管。
进一步地，所述骨骼由PLA材质3D打印制成。
进一步地，所述马尾神经是内径为3mm的硅胶软管。
进一步地，所述肌肉由泡沫塑料制成。
进一步地，所述血管是直径为18mm的硅胶软管。
进一步地，所述仿真人体脊柱区段和双面摄像机在手术台上的摆放位置对准操作者。
进一步地，所述仿真人体脊柱区段固定放置于亚克力外盒中，亚克力外盒固定安装于手术台上面。
进一步地，所述手术器械包括椎弓根通路针、导丝、空心手术刀、内扩张器、外扩张器、抽头、螺钉、螺丝刀轴、Serringhetti牵开器、置钉器、凝胶牵开器、MI杆卡尺和螺钉固定杆。
本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：
本实用新型利用AR头显代替X线光机等仪器，获取手术模拟训练的虚拟透视视图，不仅仿真效果理想，而且降低了设备成本；利用仿真人体脊柱区段供操作者进行椎弓根置钉手术模拟训练，可以多次反复使用，不会造成资源浪费，也避免了在活体上进行模拟手术所引发的卫生以及人体安全隐患，此外，本装置可以根据需要进行移动，便于操作者使用。
利用3D打印技术复现骨骼病理模型，降低了耗材成本，且任意一台桌面级3D打印机都能打印出骨骼模型，损耗的PLA材质骨骼可以回收利用，减少了资源浪费，通过硅胶软管、泡沫塑料和硅胶分别构筑血管、马尾神经、肌肉和上皮组织，得到的高仿真椎弓根置钉手术的病理区段，提高操作者的体验感和练习效率，从而缩短了学习训练的周期。
利用亚克力外盒承载仿真人体脊柱区段，一则，便于浇筑硅胶层；二则，对模拟手术训练过程中的手术器械起到限位作用，可以防止操作者从仿真人体脊柱区段的四周进行手术操作，起到了规范模拟手术操作的作用。
附图说明
图1为本实用新型的仿真人体脊柱区段的结构示意图；
图2为本实用新型的仿真人体脊柱区段带有亚克力外盒的结构示意图；
图3为本实用新型的整体结构示意图；
图中：1、骨骼；2、马尾神经；3、肌肉；4、血管；5、上皮组织；6、皮肤；7、手术台；8、手术器械；9、仿真人体脊柱区段；10、双面摄像机。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型的具体内容做进一步详细解释说明。
如图3所示，一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，包括手术台7、手术器械8和AR头显，手术台上固定有供操作者进行椎弓根置钉手术模拟训练的仿真人体脊柱区段9和用于捕捉模拟训练过程中实时图像的双面摄像机10，仿真人体脊柱区段9和双面摄像机10在手术台7上的摆放位置对准操作者，AR头显戴在操作者的头部，操作者进行椎弓根置钉手术操作的过程中，双面摄像机10捕捉手术器械8的位置图像并实时反馈到AR头显，通过AR头显生成虚拟的CT图，从而辅助操作者进行模拟训练；
手术模拟训练过程中，双面摄像机10的相机坐标系下的手术器械8的实物位置运动，与VR头显的虚拟空间坐标系下的手术器械的虚拟位置运动一一匹配，双面摄像机10捕捉手术器械8的位置图像并实时反馈到AR头显，通过AR头显生成虚拟的CT图，具体过程参考中国发明专202210736907.9；
如图1所示，所述仿真人体脊柱区段9包括人体脊柱L1～L5的骨骼1、马尾神经2、肌肉3和血管4，马尾神经2穿接在骨骼1中，骨骼1和血管4均分布于肌肉3中，肌肉3的表面浇筑有硅胶，血管4包括腹主动脉血管和腰升静脉血管。
如图2所示，本实用新型的仿真人体脊柱区段的制备过程为：先将扫描真实病例得出的骨骼三维模型通过PLA材质3D打印出来并进行拼装，得到骨骼1，再将内径为3mm的硅胶软管作为马尾神经2并穿入骨骼1中，接着用泡沫塑料制成肌肉3，然后取直径为18mm的红色硅胶软管作为血管4，最后将骨骼1和血管4分布安装到肌肉3中，将组装好的肌肉骨骼模型置入亚克力外盒中并浇筑硅胶，用来模拟人体上皮组织5，在上皮组织5表面贴敷有模拟皮肤6的肉色硅胶薄膜，得到仿真人体脊柱区段。
所述手术器械包括放置在医疗托盘中的椎弓根通路针、导丝、空心手术刀、内扩张器、外扩张器、抽头、螺钉、螺丝刀轴、Serringhetti牵开器、置钉器、凝胶牵开器、MI杆卡尺和固定杆，为了方便操作者使用，医疗器械一般放置在手术台的右侧。
模拟手术过程中，在AR头显生成的CT图的引导下，将椎弓根通路针推进骨骼1的L3、L4和L5两侧人字嵴顶点，针头在锥体内达到椎体前方，去除内部针芯，将导丝穿过椎弓根通路针内部针芯从而插入锥体，用空心手术刀沿着导丝位置，沿着身体朝向纵行切开较小范围的皮肤以及软组织(即，仿真人体脊柱区段的硅胶层和肌肉3)，利于内扩张器的置入，小心地取下针芯，将内扩张器沿着导丝并通过肌肉3前进至椎弓根表面，再将外扩张器嵌套于内扩张器表面，经过肌肉3沿着内扩张器推至椎弓根表面，然后将内扩张器抽出，将抽头插入外扩张器的内孔中，推进深入至椎弓根表面后，边旋转边推进抽头到达椎弓根内部与导丝同等深处，形成螺纹孔，向上拉动外扩张器，将抽头和外扩张器一起拆下，选择与螺纹孔契合的螺钉，将螺钉牢固地连接到机械臂上，将Serringhetti牵开器套在机械臂上，Serringhetti牵开器在螺钉插入过程中保护软组织，置钉器沿着导丝推进至椎弓根表面，螺钉旋入至螺纹孔底部，凝胶牵开器放置在Serringhetti牵开器皮肤上方一到两个孔处，用于打开Serringhetti牵开器，MI杆卡尺插入前端和最后端的Serringhetti牵开器中，深至螺钉顶部，测量L3和L5之间的距离，以确定螺钉固定杆的长度，螺钉固定杆通过Serringhetti牵开器到达螺钉头部的鞍座中，将螺钉固定杆从L3螺钉头传递到L5螺钉头，取出Serringhetti牵开器，缝合皮肤和软组织的切口，完成整个手术模拟训练；如果双面摄像机检测到上述任何一个手术器械碰触到马尾神经2或者血管4，则表示操作者模拟手术操作失误，模拟手术结束。
本实用新型的工作原理如下：
模拟手术训练过程中，将仿真人体脊柱区段9和双面摄像机10固定于手术台7上，且确保仿真人体脊柱区段9和双面摄像机10在手术台7上的摆放位置对准操作者，操作者头戴AR头显，利用手术器械8在仿真人体脊柱区段9上模拟椎弓根置钉手术，双面摄像机10捕捉操作者的手部动作并实时反馈到AR头显，通过AR头显生成虚拟CT图，从而辅助操作者进行模拟手术，如果双面摄像机10检测到手术器械碰触到马尾神经2或者血管4，则表示操作者模拟手术操作失误，模拟手术结束。
Claims (9)
1.一种微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，包括手术台(7)、手术器械(8)和AR头显，手术台(7)上固定有供操作者进行椎弓根置钉手术模拟训练的仿真人体脊柱区段(9)和用于捕捉模拟训练过程中手术器械位置图像的双面摄像机(10)；
所述AR头显用于显示双面摄像机捕捉的实时位置图像，并生成用于辅助操作者进行模拟训练的虚拟CT图。
2.根据权利要求1所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述仿真人体脊柱区段包括人体脊柱L1～L5的骨骼(1)、马尾神经(2)、肌肉(3)和血管(4)，马尾神经(2)穿接在骨骼(1)中，骨骼(1)和血管(4)均分布于肌肉(3)中，肌肉(3)的表面浇筑有用于模拟上皮组织(5)的硅胶，上皮组织(5)表面贴敷有模拟皮肤(6)的硅胶薄膜；
所述血管(4)包括腹主动脉血管和腰升静脉血管。
3.根据权利要求2所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述骨骼(1)由PLA材质3D打印制成。
4.根据权利要求2所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述马尾神经(2)是内径为3mm的硅胶软管。
5.根据权利要求2所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述肌肉(3)由泡沫塑料制成。
6.根据权利要求2所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述血管(4)是直径为18mm的硅胶软管。
7.根据权利要求1～6任一项所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述仿真人体脊柱区段和双面摄像机在手术台上的摆放位置对准操作者。
8.根据权利要求1～6任一项所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述仿真人体脊柱区段(9)固定放置于亚克力外盒中，亚克力外盒固定安装于手术台上面。
9.根据权利要求1～6任一项所述的微创经皮椎弓根螺钉固定手术练习装置，其特征在于，所述手术器械包括椎弓根通路针、导丝、空心手术刀、内扩张器、外扩张器、抽头、螺钉、螺丝刀轴、Serringhetti牵开器、置钉器、凝胶牵开器、MI杆卡尺和螺钉固定杆。
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