一种胸腰椎畸形经后路个体化截骨导航模板制作方法

摘要

本发明涉及一种胸腰椎畸形经后路个体化截骨导航模板制作方法，其特征在于：基于医学图像，重建全脊柱和骨盆的三维模型；在三维模型上进行模拟手术；模拟截骨，恢复正常的脊柱生理曲度。依模拟手术截骨的部位和大小制作截骨模板；并利用3D打印制造出来。所述截骨模板为个体化；术中省去了截骨部位和截骨大小选择的主观性，反复多次操作透视等；适用于胸腰椎陈旧骨折后凸畸形的矫形、脊柱肿瘤的矫形，强直性脊柱炎截骨矫形等；操作简便，对医生要求较低，降低手术风险，提高手术效率，进而减少手术成本。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机辅助技术及医疗器械领域，尤其涉及一种胸腰椎后凸畸形经后路个体化截骨导航模板及其制作方法。

背景技术

胸腰椎陈旧骨折后凸畸形、脊柱肿瘤的畸形，强制性脊柱炎的畸形往往需要经后路截骨矫形，手术的目的是矫正畸形、缓解疼痛、稳定脊柱和保护神经，并为神经功能恢复创造条件。

经后路的截骨矫形术是上述疾病的首选措施手术方案，但在手术实施过程中有截骨位置和截骨大小术中较难确定，术后矢状曲度恢复差、患者症状缓解不明显等。

既往传统此类手术，术者术前从X线片简单测量，估算大概截骨角度，术中凭借术者经验进行截骨，随意性大，主观性强。术后出现患者胸腰椎矢状曲度恢复不理想，术前症状缓解不明显等。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明通过术前分析个性化设计的胸腰椎矢状曲度模棒在生理功能状态下的力学特性，提供一种便捷、高效的一种胸腰椎后凸畸形经后路个体化截骨导航模板制作方法，制作方法简单操作方便于工作，准确，所述截骨模板为个体化；术中省去了截骨面积选择的主观性，反复多次操作透视等；适用于胸腰椎陈旧骨折后凸畸形的矫形、脊柱肿瘤的矫形，强制性脊柱炎的矫形等；操作简便，对医生要求较低，降低手术风险，提高手术效率，进而减少手术成本。

解决以上技术问题的本发明中的一种胸腰椎后凸畸形经后路个体化截骨导航模板及其制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）对患者全脊柱和骨盆进行64排螺旋CT扫描，获取DICOM数据：

（2）将数据导入三维建模软件-Mimics，重建全脊柱和骨盆的三维模型；

（3）模拟截骨：

通过在计算机软件中测量患者侧凸及后凸Cobb角度，确定拟截骨椎体，得到预期截骨角度，以截骨椎体的前缘中点为支点，测量椎体后缘及椎板所需切除的范围；

计算机模拟截骨确定截骨椎体及截骨面积。

在计算机软件中模拟截骨，恢复患者矢状面平衡，即经C7椎体中点的铅垂线接近S1椎体上终板后缘。记录截骨部位和截骨面积的大小。

（4）在计算机软件中设计截骨导板：

以步骤（3）中数据为依据在软件Geomagic中设计截骨导板，截骨导板包含以下结构：双侧型个体化截骨导航模版关节突及椎板定位机构、双侧型个体化截骨导航模版棘突根部定位机构、导航模版基部双侧支撑机构、导航模版横连指压机构；从而制作个性化的辅助截骨引导工具。

（5）传入3D打印机进行实物打印。实物可以消毒后带入手术中，直观辅助手术。

所述步骤（1）中螺旋CT扫描层厚为0.625mm，矩阵为512??512。

矩阵相当于像素，指的是图像为512*512的像素，层厚越薄，带来的精确越高，CT扫描的时间越长。但层厚也不能太薄。

所述步骤（6）中所用材料为光敏树脂材料。也可以用其他材料，比如说尼龙，而且尼龙的生物特性更好，可以和人体短暂接触。

本发明中的方法基于医学图像，重建拟固定节段脊柱的三维模型；在三维模型上进行模拟手术；模拟截骨，恢复正常的矢状曲度。依模拟手术截骨大小制作截骨模板；并利用3D打印或其他加工方法制造出来。所述截骨模板为个体化；术中省去了截骨面积选择的主观性，反复多次操作透视等；适用于胸腰椎陈旧骨折后凸畸形的矫形、脊柱肿瘤的矫形，强制性脊柱炎的矫形等；操作简便，对医生要求较低，降低手术风险，提高手术效率，进而减少手术成本。

在Geomagic中，提取拟截骨椎体棘突根部和椎板后部的解剖学形态并建立与之解剖形状一致厚度为3mm反向模板，在上述模板中确定关节突、椎板及棘突的截骨方位，设计截骨导板，保存为STL格式文件传入3D打印机进行3D实物打印。

定做的截骨导航模板形态遵循了原骨骼解剖特征，保持了功能，具有个性化、定制化优势，同时手术创伤小。

本发明中术前模拟手术获得患者经后路最合适截骨部位及截骨面积，以此参数制作截骨导板，在术中以此导板实施手术，术中切除的骨质与术前设计一致。可以实时了解截骨精确位置，避免神经血管损伤，增加手术安全性，减少手术并发症。

具体实施方式：

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，下面将对实施例作简单地介绍，本发明专利包括但是不仅仅限于下面所描述的实施例子。

实施例1

一种胸腰椎后凸畸形经后路个体化截骨导航模板及其制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）对患者全脊柱和骨盆进行64排螺旋CT扫描，获取DICOM数据：螺旋CT扫描层厚为0.625mm，矩阵为512??512。

矩阵相当于像素，指的是图像为512*512的像素，层厚越薄，带来的精确越高，CT扫描的时间越长。但层厚也不能太薄。

（2）将数据导入三维建模软件-Mimics，重建全脊柱和骨盆的三维模型；

（3）模拟截骨：

通过在计算机软件中测量患者侧凸及后凸Cobb角度，确定拟截骨椎体，得到预期截骨角度，以截骨椎体的前缘中点为支点，测量椎体后缘及椎板所需切除的范围；

在计算机软件中模拟截骨，恢复患者矢状面平衡，即经C7椎体中点的铅垂线接近S1椎体上终板后缘。记录截骨部位和截骨面积的大小。

（4）在计算机软件中设计截骨导板：

以步骤（3）中数据为依据在软件Geomagic中设计截骨导板，截骨导板包含以下结构：双侧型个体化截骨导航模版关节突及椎板定位机构、双侧型个体化截骨导航模版棘突根部定位机构、导航模版基部双侧支撑机构、导航模版横连指压机构；

在Geomagic设计截骨导航模版：

提取拟截骨椎体棘突根部和椎板后部的解剖学形态并建立与之解剖形状一致厚度为3mm反向模板，在上述模板中确定关节突、椎板及棘突的截骨方位，设计截骨导航模板，保存为STL格式文件传入3D打印机进行3D实物打印。

（5）传入3D打印机进行实物打印。实物可以消毒后带入手术中，直观辅助手术。也可以用其他材料，比如说尼龙，而且尼龙的生物特性更好，可以和人体短暂接触。

本发明中的方法基于医学图像，重建拟固定节段脊柱的三维模型；在三维模型上进行模拟手术；模拟截骨，恢复正常的矢状曲度。依模拟手术截骨大小制作截骨模板；并利用3D打印或其他加工方法制造出来。所述截骨模板为个体化；术中省去了截骨面积选择的主观性，反复多次操作透视等；适用于胸腰椎陈旧骨折后凸畸形的矫形、脊柱肿瘤的矫形，强制性脊柱炎的矫形等；操作简便，对医生要求较低，降低手术风险，提高手术效率，进而减少手术成本。

将个体化打印导航截骨模板应用于手术中：患者俯卧于脊柱外科手术架上，常规显露截骨椎及上下各3-4椎棘突、椎板及关节突。将个体化截骨导板经消毒后入手术室，放置截骨导板于解剖部位，要求截骨导板能与脊柱后部结构完全贴合，以此为截骨部位。截骨椎上下各植入2～3对椎弓根螺钉。根据截骨导板的大小，切除相应范围的椎板、棘突和关节突，通过两侧椎弓根使用骨刀进行V形截骨，截至椎体前方骨皮质，同时潜行对上下椎体的椎板进行充分减压，防止闭合后压迫脊髓。通过手法双侧交替闭合截骨面，预弯连接棒固定椎弓根螺钉，加压拧紧后闭合截骨面，透视截骨面闭合良好，在椎板间及小关节植骨，完成手术。

几何结构的精确对于模型的有效性非常重要。定做的个性化截骨导板形态遵循了原骨骼解剖特征，保持了骨功能，具有个性化、定制化优势，同时手术创伤小。

术中患者俯卧于脊柱外科手术架上，常规显露截骨椎及上下各3-4椎棘突、椎板及关节突。将个体化截骨导板经消毒后入手术室，放置截骨导板于解剖部位，要求截骨导板能与脊柱后部结构完全贴合，以此为截骨部位。截骨椎上下各植入2～3对椎弓根螺钉。根据截骨导板的大小，切除相应范围的椎板、棘突和关节突，通过两侧椎弓根使用骨刀进行V形截骨，截至椎体前方骨皮质，同时潜行对上下椎体的椎板进行充分减压，防止闭合后压迫脊髓。通过手法双侧交替闭合截骨面，预弯连接棒固定椎弓根螺钉，加压拧紧后闭合截骨面，透视截骨面闭合良好，在椎板间及小关节植骨，完成手术。

术后随访：与传统手术组对比比较两组患者术中出血量、手术时间、术中透视次数、Cobb矫正情况、融合情况等。

个性化设计的模板比仅仅凭借经验设计的截骨导板生物力学性能更加良好，至今使用约20余例患者，观察2年，在术中时出血量少，速度快，术中透视次数少、置钉准确率高，成功率百分百；术后矫正率高，基本达到95%以上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。