带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模及其制备方法技术

带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模及其制备方法，所述个性化椎弓根置钉钻模包括本体和钻套；本体下端设有骨贴合面和底面，上端设有置钉平面，前后两侧壁上设有指压坑，本体内设有两个置钉通道，置钉通道一端贯通至置钉平面，另一端贯通至底面；钻套安装在置钉通道内,二者形成过渡配合。本发明专利技术优点是，本体的结构尺寸及骨贴合面均根据目标椎骨的形态、尺寸及与相邻椎骨的位置关系进行设计，具有明显的个性化定制特征。通过钻套钻出椎弓根螺钉的螺纹底孔，再植入椎弓根螺钉，既可保证不穿破椎弓根皮质，又可保证在椎弓根空间允许的范围内螺钉具有较大的直径，从而较大限度地保证植入后具有牢固的三维固定效果，实现椎骨关节生物力学特性的再复制。

Individual pedicle screw drilling jig with fast change drill sleeve and preparation method thereof

With the quick change of pedicle screw set personalized drill jig and a preparation method thereof, wherein the individual pedicle screw drill jig comprises a body and a drill sleeve body; the lower end is provided with a bone joint surface and the bottom surface is arranged on the upper end of the screw is arranged on the plane, on both sides of the wall before and after massage pit, the body is equipped with a two screw channel. The screw end through the screw flat channel, the other end through to the bottom; drill sleeve installed in the screw channel, the two form a transition fit. The invention has the advantages that the structure size and the bone fitting surface of the body are designed according to the shape and size of the target vertebra and the position relation with the adjacent vertebrae, and has obvious personalized customization characteristics. Through hole drill drill set of pedicle screws, then implanted pedicle screws, can guarantee does not perforate the pedicle cortex, but also ensure the range allowed in the space of the pedicle screw has a larger diameter, so as to effectively guarantee after the implantation of strong three-dimensional fixed effect, and then realize the biomechanical properties of vertebral joint replication.

【技术实现步骤摘要】
带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模及其制备方法
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模及其制备方法。
技术介绍
椎弓根螺钉内固定的手术指征适用于脊柱的脊髓肿瘤、退行性病变、类风湿性关节炎及感染性疾病，特别在治疗椎骨滑脱复位、矫正手术中，经椎弓根内固定术是最为可靠的固定方式。由于椎弓根螺钉能起到三维固定作用，具有力学强度高、固定和融合节段少、脊柱畸形矫正效果好等优点，其临床应用越来越广泛。生物力学实验证明，只有沿椎弓根的解剖长轴置入螺钉并达到理想深度，才能获得理想的临床效果。脊柱椎体周围解剖结构复杂，前方与大血管、脏器相邻，椎弓根内侧为椎管、下方为神经根，经椎弓根的椎弓根螺钉内固定手术的成败关键在于能否准确的将自攻螺钉经椎弓根拧入椎体,并不穿破椎弓根皮质。螺钉误置可引起脊髓、神经受损，脏器、血管损伤，甚至危及生命。而且，自腰椎向上，胸椎、颈椎的椎弓根直径逐渐减小，导致手术难度增大，手术风险提高。并且个人的椎弓根形态存在较大的变异性，导致螺钉置钉失误率升高。由于椎弓根螺钉置入位置不当引起神经损伤、椎弓根螺钉松动等并发症的临床报道并不少见。因此，如何依托相关医疗技术和工程技术，帮助医生完成手术路径规划、精确地引导内植物的植入，一直是国内外基础和临床研究十分关注的课题。目前，确定椎弓根螺钉进钉角度和进钉点的主要方法有：解剖标志点法、椎板开窗法、X线透视法、计算机导航法、导航模板法等。解剖点标志法的进钉点、进钉角度主要通过术者的经验来判断，准确说是依靠术者的手感和椎弓根探针对置钉通道的探摸来保证椎弓根螺钉的准确置入，对医生的临床经验要求较高，且精度难以保证。椎板开窗不可避免的会增加手术时间及术中出血量。X线透视辅助法的操作时间较长，患者和医护人员受到的X线辐射量较大。计算机导航法近年来在椎弓根螺钉内固定中逐渐获得应用，利用患者实时的椎弓根影像信息来指导手术，降低了手术风险，减少了医患双方接触射线的时间，具有较大优势，但导航设备价格昂贵、操作复杂，临床普及仍存在困难。导航模板法即基于3D打印技术制造出导航模板，具有对手术快速响应及效费比优势，现行的个体化导航模板主要存在三方面的问题：一是模板厚度较薄、刚性较差，不便于术中把持，钻孔时模板易产生变形和晃动；二是不带套筒的导航模板的导管易磨损和熔化，而带套筒的导航模板其套筒与模板间为间隙配合且有相对转动，这均会影响定向精度和使用效果；三是椎弓根置钉通道的规划缺乏有效的理论和手段支撑，其寻优方法、工作效率和规划效果均有待改进。因此，亟需设计出一套能精确、高效地规划椎弓根螺钉进钉点、置入角度、直径与长度的方法，并基于该方法的计算结果制备出应用于手术的“个性化置钉钻模”，以便于在椎弓根螺钉内固定手术中安全准确地置入椎弓根螺钉，实现椎骨生物力学特性的再复制，提高患者生活质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有方法和技术的不足，而提供一种带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模及其制备方法，借助带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，术者在椎弓根内固定术中可快速、准确的实施进钉，实现复杂手术安全化、关键操作简单化、器械成本低廉化。本专利技术的技术方案是：带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，包括本体和钻套；本体下端设有骨贴合面和底面，上端设有置钉平面，本体前后两侧壁上设有指压坑，本体内设有两个置钉通道，置钉通道一端贯通至置钉平面，另一端贯通至底面；钻套安装在置钉通道内,二者形成过渡配合。本专利技术进一步的技术方案是：钻套的长度短于置钉通道的长度，当钻套安装在置钉通道内，置钉通道一段与钻套接触，另一段未与钻套接触，置钉通道不与钻套接触的一段为排屑腔，排屑腔连通至底面。本专利技术再进一步的技术方案是：骨贴合面可与目标椎骨椎板、横突后部及棘突根部背侧的轮廓贴附吻合；当骨贴合面与目标椎骨贴附吻合时，置钉通道的中心轴线与目标椎骨椎弓根最大内接椭圆柱体的中轴线重合；所述相邻椎骨为位于目标椎骨下方且与目标椎骨相邻的一块椎骨。本专利技术更进一步的技术方案是：本体左右两侧壁与本体底面相交处设有横突避让倒角；骨贴合面对应目标椎骨棘突上部的部位设有棘突避让凹槽；骨贴合面对应相邻椎骨上关节突的部位设有上关节突避让凹槽。所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模的制备方法如下：S01，获取目标椎骨医学图像数据：调取患者诊断前的螺旋CT检查数据或核磁共振检查数据，选择手术区域目标椎骨的数据，保存为医学影像软件可识别的格式；S02，重构目标椎骨的三维模型和中心点点集：将目标椎骨的医学图像数据导入医学影像软件Mimics,重建目标椎骨的三维模型，再获取目标椎骨的中心点点集，中心点点集由间距为a的离散点组成，将三维模型和中心点点集分别保存为STL格式、IGS格式；本步骤中，a的取值区间为0.01mm～0.1mm；S03，创建待修正的一次进钉线：将三维模型和中心点点集数据文件导入逆向工程软件Imageware中，然后选取一侧椎弓根全长范围内的中心点点集，创建NURBS曲线，在NURBS曲线上取等距的m个点，并作出NURBS曲线在这m个点位置的切线，过这m个点分别创建垂直于各切线的m个一次正截面，在m个一次正截面中提取出包含椎弓根峡部在内的n个一次正截面，NURBS曲线与这n个一次正截面形成n个交点，求出这n个交点的最小二乘直线，即为一次进钉线；本步骤中，n≥7，m≥n；S04，创建二次进钉线：通过S03步骤中的n个交点，分别创建垂直于一次进钉线的n个二次正截面；在n个二次正截面上分别提取椎弓根的外轮廓线，然后在每个外轮廓线内创建出最大内切圆，将各最大内切圆的圆心依次连接，形成一条空间折线，求出该空间折线的最小二乘直线，即为二次进钉线；本步骤中，二次进钉线即为最终的椎弓根螺钉的进钉路线；S05，确定沿二次进钉线方向的椎弓根最大内接椭圆柱体的横截面：通过S03步骤中的n个交点，分别创建垂直于二次进钉线的n个三次正截面，在这n个三次正截面上分别提取椎弓根的外轮廓线，然后将提取出的n个外轮廓线沿二次进钉线的向量方向，在最靠近目标椎骨椎体的三次正截面上进行投影，投影叠加后内部形成一个封闭区间，作出该封闭区间内的最大内切椭圆，该最大内切椭圆即为沿二次进钉线方向的椎弓根最大内接椭圆柱体的横截面；S06，确定椎弓根螺钉及置钉通道直径的取值区间：以所述最大内切椭圆的中心为中心，r为半短轴长度，h为半长轴长度，在最大内切椭圆内作同心椭圆，且保证同心椭圆的短轴与最大内切椭圆的短轴重叠，将该同心椭圆的短轴长度与医药行业标准YY0018-2002所规定的金属接骨螺钉的外螺纹直径尺寸进行比较并向下圆整，确定椎弓根螺钉外螺纹直径d1，查取d1所对应的螺纹小径d2，将d2作为钻套内径的基本尺寸，将d2+2δ作为钻套外径的基本尺寸，然后根据钻套与置钉通道的配合关系确定置钉通道直径；本步骤中，r=b-x-y；h=c-x-y；b为最大内切椭圆的半短轴长度，c为最大内切椭圆的半长轴长度，x为目标椎骨椎弓根皮质骨厚度的统计值，y为本体的钻孔偏距，y的取值区间为0.3～0.5mm；δ为钻套的壁厚，δ的取值区间为1.5～1.75mm；S07，依次重复S03～S06，求出与S03步骤中“一侧椎弓根”相对的另一侧椎弓根的二次进钉线、椎弓根螺钉及置钉通道直本文档来自技高网...

【技术保护点】
带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：包括本体(1)和钻套(2)；本体(1)下端设有骨贴合面(11)和底面(15)，上端设有置钉平面(12)，本体(1)前后两侧壁上设有指压坑(14),本体(1)内设有两个置钉通道(13)，置钉通道(13)一端贯通至置钉平面(12)，另一端贯通至骨贴合面(11)；钻套(2)安装在置钉通道(13)内,二者形成过渡配合。

【技术特征摘要】
1.带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：包括本体(1)和钻套(2)；本体(1)下端设有骨贴合面(11)和底面(15)，上端设有置钉平面(12)，本体(1)前后两侧壁上设有指压坑(14),本体(1)内设有两个置钉通道(13)，置钉通道(13)一端贯通至置钉平面(12)，另一端贯通至骨贴合面(11)；钻套(2)安装在置钉通道(13)内,二者形成过渡配合。2.如权利要求1所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：钻套(2)的长度短于置钉通道(13)的长度，当钻套(2)安装在置钉通道(13)内，置钉通道(13)一段与钻套(2)接触，另一段未与钻套(2)接触，置钉通道(13)不与钻套(2)接触的一段为排屑腔(133)，排屑腔(133)连通至底面(15)。3.如权利要求1或2所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：骨贴合面(11)可与目标椎骨(31)椎板、横突后部及棘突根部背侧的轮廓贴附吻合；当骨贴合面(11)与目标椎骨(31)贴附吻合时，置钉通道(13)的中心轴线(132)与目标椎骨(31)椎弓根最大内接椭圆柱体的中轴线重合；所述相邻椎骨(9)为位于目标椎骨(31)下方且与目标椎骨(31)相邻的一块椎骨。4.如权利要求3所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：本体(1)左右两侧壁与本体(1)底面(15)相交处设有横突避让倒角(16)；骨贴合面(11)对应目标椎骨(31)棘突上部的部位设有棘突避让凹槽(17)；骨贴合面(11)对应相邻椎骨(9)上关节突的部位设有上关节突避让凹槽(18)。5.如权利要求1或2所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模，其特征是：本体(1)左右两侧壁与本体(1)底面(15)相交处设有横突避让倒角(16)；骨贴合面(11)对应目标椎骨(31)棘突(311)上部的部位设有棘突避让凹槽(17)；骨贴合面(11)对应相邻椎骨(9)上关节突(92)的部位设有上关节突避让凹槽(18)。6.一种制备如权利要求1-5中任一项所述的带快换钻套的个性化椎弓根置钉钻模的方法，其特征是，包括如下步骤：S01，获取目标椎骨医学图像数据：调取患者诊断前的螺旋CT检查数据或核磁共振检查数据，选择手术区域目标椎骨的数据，保存为医学影像软件可识别的格式；S02，重构目标椎骨的三维模型和中心点点集：将目标椎骨的医学图像数据导入医学影像软件Mimics,重建目标椎骨的三维模型，再获取目标椎骨的中心点点集，中心点点集由间距为a的离散点组成，将三维模型和中心点点集分别保存为STL格式、IGS格式；本步骤中，a的取值区间为0.01mm～0.1mm；S03，创建待修正的一次进钉线：将三维模型和中心点点集数据文件导入逆向工程软件Imageware中，然后选取一侧椎弓根全长范围内的中心点点集，创建NURBS曲线，在NURBS曲线上取等距的m个点，并作出NURBS曲线在这m个点位置的切线，过这m个点分别创建垂直于各切线的m个一次正截面，在m个一次正截面中提取出包含椎弓根峡部在内的n个一次正截面，NURBS曲线与这n个一次正截面形成n个交点，求出这n个交点的最小二乘直线，即为一次进钉线；本步骤中，n≥7，m≥n；S04，创建二次进钉线：通过S03步骤中的n个交点，分别创建垂直于一次进钉线的n个二次正截面；在n...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡良斌，李必文，秦元帅，邓骞，李军，周炬，谭文甫，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43