一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳进钉点的仿真腰椎模型及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳进钉点的3D打印仿真腰椎模型及制作方法，模型包括皮肤、肌肉和腰椎骨骼，所述腰椎骨骼在椎弓根投影区设有最佳通道、最佳进钉点、备选通道和备选进钉点，最佳进钉点设在最佳通道与椎体上关节突皮质相交处，与最佳通道相连接；备选通道平行设在最佳通道四周，覆盖椎弓根投影区；备选进钉点设在各备选通道与椎体关节突、椎板或横突皮质相交处，与相应的备选通道相连接等。本发明专利技术缩短了低年资骨科医师的培养曲线，提高培养效率，同时该模型仿真度高，可重复操作性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳进钉点的仿真腰椎模型及制作方法
本专利技术属于脊柱外科医疗器械
，尤其涉及一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳进钉点的仿真腰椎模型及制作方法。
技术介绍
腰椎椎弓根螺钉置钉常用于腰椎骨折、退变性疾病、结核、肿瘤等疾病，重建腰椎三维结构，该技术是脊柱外科医生必须掌握的操作技术。然而，腰椎椎弓根螺钉置钉风险高，置钉失败造成血管神经损伤后果严重。传统的培养方式学习曲线长，效率低，标本少，操作机会极其有限，极大地阻碍了低年资骨科医师学习掌握该技术。腰椎椎弓根螺钉置钉技术地最关键、最重要的是确定进钉点，只要进钉点正确，再根据术中C臂透视调整头倾、尾倾角，一般能置钉成功。目前临床中常用的进钉点确定方法包括：(1)人字嵴顶点法：腰椎狭部有一隆起的纵嵴，在上关节突根部的后外侧也有一隆起的纵嵴，两嵴汇合形成“人”字结构，故称人字嵴，该结构较稳定，一般以该人字嵴顶点作为进钉点；(2)Magerl法：上关节突外缘垂线与横突水平线的交点；(3)Louis法：水平线上经上关节突关节面下缘上方1mm，垂直线为关节间隙呈矢状则经关节间隙最外缘，如呈额状，则取关节突外三分之一。在临床操作中，手术置钉的成功与否主要靠主刀医生的经验和C臂透视，同时依赖于椎体的各个解剖标志，若存在解剖结构变异，常导致置钉失败或反复更改钉道，降低螺钉把持力。随着3D打印技术的快速发展，3D打印技术广泛应用于临床教学，无论是术前设计还是模拟手术操作，为低年资骨科医师学习、掌握腰椎椎弓根螺钉置钉技术提供了便利。但以往的模拟手术模型大多仅包含骨骼，没有软组织的覆盖包裹，大大降低模拟手术的难度、仿真性。真实的手术操作存在软组织暴露环节，通过暴露部分椎板骨组织联想整个椎体形态，对操作者的联想能力、解剖熟悉程度要求甚高。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的3D打印仿真腰椎模型及制作方法，利用本专利技术中模型，可提高低年资骨科医师对腰椎弓根螺钉最佳入点的认识，熟悉腰椎椎弓根置钉手术过程，缩短了低年阶骨科医师的培养曲线，提高培养效率，可重复操作性强，成本低，较良好的解决了手术操作模型少的问题，值得各级医院、学校推广。解决以上技术问题的本专利技术中的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的3D打印仿真腰椎模型，其特征在于：包括皮肤、肌肉和腰椎骨骼，用朱红色橡皮泥模拟人体肌肉包裹腰椎骨骼，塑造成人体腰部大致模样，最后用肉色皮革缠绕，模拟人体皮肤，构建出高度仿真的人体腰椎模型；所述腰椎骨骼在椎弓根投影区设有最佳通道、最佳进钉点、备选通道和备选进钉点，最佳进钉点设在最佳通道与椎体上关节突皮质相交处，与最佳通道相贯通连接；备选通道平行设在最佳通道四周，覆盖椎弓根投影区；备选进钉点设在各备选通道与椎体关节突、椎板或横突皮质相交处，与相应的备选通道相贯通连接；最佳安全通道穿破椎体前壁，备选通道前端不穿破椎体前壁。腰椎骨骼为通过3D打印方法制作腰椎骨骼实体模型而得。先在3D模型上确定椎弓根螺钉置入的最佳安全通道及最佳入点，同时在最佳安全通道四周提供与其平行的备选通道和备选入点60-80个。所述最佳安全通道直径为1.0mm，进钉点直径为1.0mm。所述最佳安全通道的平面标准为椎体上、中1/3交界处，并与椎体上终板平行。最佳内倾角：最佳安全通道轴线与椎弓根轴线相同，内倾角10°-15°。最佳进钉点：最佳安全通道与椎体上关节突皮质相交点即为椎弓根螺钉置入的最佳进钉点。最佳安全通道穿破椎体前壁，利于定位最佳安全通道。所述每个椎弓根投影区域设有1个最佳安全通道，相应的有1个最佳进钉点；每个椎弓根投影区域设有备选通道60-80个，相应的有60-80个备选进钉点；所有通道直径为1.0mm，所有进钉点直径为1.0mm，各相邻通道垂直距离为1.0mm。所述备选通道前端达椎体中央，深度大于3cm，不穿破椎体前壁。所有备选通道与最佳安全通道在空间上相互平行，并分布于最佳安全通道四周，覆盖椎弓根投影区。最佳安全通道及备选通道都能允许10号注射器针头通过，因为10号注射器针头刚好能通过设计的进钉点和通道，插入深度3cm(小于所有通道深度)。本专利技术中的3D打印仿真腰椎模型，通过模拟腰椎骨骼、肌肉、皮肤组织，增加暴露软组织环节，极大锻炼操作者的空间联想能力，同时熟悉掌握腰椎解剖结构。可反复利用、操作，极大地节约了成本，同时较良好的解决了手术操作模型少的问题。本专利技术中一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的3D打印仿真腰椎模型的制作方法，包括以下步骤：(1)收集正常的腰椎CTDICOM数据，128排螺旋CT扫；(2)在三维重建软件中建立3D腰椎三维模型：将正常腰椎DICOM数据导入Mimics软件中，通过“阈值选取工具”，选定最低阀值为150，获得腰椎原始蒙罩；再通过“分割蒙罩”将腰椎蒙罩分离生成新蒙罩，选择软件默认的最佳质量进行三维重建，得到3D腰椎三维模型；(3)椎弓根螺钉置入的最佳安全通道及最佳进钉点：在Mmimics软件中选取分割工具，选取椎体上、中1/3交界处与椎体上下终板平行的平面，在该平面选取直径为1.0mm、长度为100mm的CAD圆柱工具，圆柱前端穿出椎体前壁，后端与椎体上关节突皮质相交点即为椎弓根螺钉置入的最佳进钉点；(4)椎弓根螺钉置入的备选通道及备选进钉点：将CAD圆柱工具保存为STL格式，再将STL格式的圆柱导入Mimics软件，确定备选通道的进钉点；备选通道前端达椎体中部，大于3cm，不穿破椎体前壁；(5)通过摩尔运算，将椎体减去最佳安全通道与备选通道，得到带有若干个通道的3D腰椎三维模型，在3D腰椎三维模型的头端及尾端设计梯形底座，通过3D打印技术制作上述腰椎实体模型；(6)用朱红色橡皮泥模拟人体肌肉包裹腰椎实体模型，塑造成人体腰部大致模样，最置于塑料盒中用肉色皮革缠绕从而模拟人体皮肤，构建出高度仿真包括皮肤、肌肉、骨骼三大部分的人体腰椎模型。所述CT扫描参数为：扫描层厚为0.75-1.5mm，电压120kV，获取DICOM数据。所述CT的电流182.25mAs，扫描层厚0.625mm，矩阵512×512像素。所述步骤(3)中圆柱分别通过左、右两侧椎弓根轴心，内倾角约10°-15°所述步骤(4)中确定备选通道的进钉点具本步骤为通过复制、移动工具将STL格式的圆柱向上、下、左、右四个方向平移，反复操作后，最终所有备选通道覆盖椎弓根投影区，根据椎弓根区域面积大小，提供60-80个备选通道，各备选通道与椎体关节突、椎板、横突皮质相交点即为备选通道的进钉点本专利技术中模型的应用：正常腰椎的手术训练，同时还可以根据3D打印技术个体化设计退变、畸形的腰椎，根据本专利技术方法制作退变、畸形腰椎的3D打印仿真手术模型。模拟手术操作：定位，常规消毒铺巾，切开“皮肤”，暴露“脊柱椎板、关节突、人字嵴顶点等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：包括皮肤、肌肉和腰椎骨骼，用朱红色橡皮泥模拟人体肌肉包裹腰椎骨骼，塑造成人体腰部大致模样，最后用肉色皮革缠绕，模拟人体皮肤，构建出高度仿真的人体腰椎模型；所述腰椎骨骼在椎弓根投影区设有最佳通道、最佳进钉点、备选通道和备选进钉点，最佳进钉点设在最佳通道与椎体上关节突皮质相交处，与最佳通道相贯通连接；备选通道平行设在最佳通道四周，覆盖椎弓根投影区；备选进钉点设在各备选通道与椎体关节突、椎板或横突皮质相交处，与相应的备选通道相贯通连接；最佳安全通道穿破椎体前壁，备选通道前端不穿破椎体前壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：包括皮肤、肌肉和腰椎骨骼，用朱红色橡皮泥模拟人体肌肉包裹腰椎骨骼，塑造成人体腰部大致模样，最后用肉色皮革缠绕，模拟人体皮肤，构建出高度仿真的人体腰椎模型；所述腰椎骨骼在椎弓根投影区设有最佳通道、最佳进钉点、备选通道和备选进钉点，最佳进钉点设在最佳通道与椎体上关节突皮质相交处，与最佳通道相贯通连接；备选通道平行设在最佳通道四周，覆盖椎弓根投影区；备选进钉点设在各备选通道与椎体关节突、椎板或横突皮质相交处，与相应的备选通道相贯通连接；最佳安全通道穿破椎体前壁，备选通道前端不穿破椎体前壁。


2.根据权利要求1所述的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：所述最佳安全通道直径为1.0mm，进钉点直径为1.0mm。


3.根据权利要求1所述的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：所述最佳安全通道的平面标准为椎体上、中1/3交界处，并与椎体上终板平行。


4.根据权利要求1所述的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：所述备选通道和备选入点分别60-80个，备选通道和备选入点数目相等；备选通道直径为1.0mm，备选入点直径为1.0mm，各相邻备选通道垂直距离为1.0mm。


5.根据权利要求1所述的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型，其特征在于：所述备选通道前端达椎体中央，深度大于3cm。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于培训低年资骨科医师寻找腰椎弓根螺钉最佳入点的仿真腰椎模型的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)收集正常的腰椎CTDICOM数据，128排螺旋CT扫；
(2)在三维重建软件中建立3D腰椎三维模型：将正常腰椎DICOM数据导入Mimics软件中，通过“阈值选取工具”，选定最低阀值为150，获得腰椎原始蒙罩；再通过“分割蒙罩”将腰椎蒙罩分离生成新蒙罩，选择软件默认的最佳质量进行三维重建，得到3D腰椎三维模型；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁德超，吴超，邓佳燕，
申请(专利权)人：自贡市第四人民医院自贡市急救中心，
类型：发明
国别省市：四川;51