[發明專利]一種用于椎弓根螺釘植入的術中導航系統

無效

• 申請號: 201210286311.X
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN102772244A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 李韙韜;高慧;錢志余;張爽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B17/90
• 分類號: A61B17/90;A61B17/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于醫療器械領域，涉及一種骨科手術椎弓根螺釘植入的術中導航系統，具體涉及一種用于椎弓根螺釘植入的近紅外、電磁定位與CT影像聯合術中導航系統及其工作方法。

背景技術

以椎弓根螺釘（Pedicle?Screw,PS）植入為基礎的脊柱內固定手術，是用經椎弓根螺釘構成的棍棒式內固定方法穩定脊椎結構，以促進病變節段融合康復，具有效果好、周期短、見效快等優點，臨床上已被廣泛用于治療脊柱畸形、脊柱創傷、脊椎滑脫和各種椎間盤退行性疾病。手術需要在椎體上確定理想的植入點、植入方向和植入深度，螺釘植入位置不佳和誤植入已是阻礙椎弓根螺釘內固定技術進一步發展的主要原因，而螺釘植入通道的偏差又是造成植入位置不佳和誤植的主要因素。

為了提高椎弓根螺釘植入的準確率，各國學者對螺釘植入的監測方法和導航技術展開了深入的研究，取得了較快的發展，其主要的監測手段包括：X射線成像、術中誘發電位、計算機輔助導航、組織電導率、近紅外定位導航等。X射線可做正、側位或其他位置投照，但不能做橫斷成像，同時椎弓根前后解剖結構存在遮擋。術中誘發電位法，如果已監測到肌電圖變化，神經損傷可能已經發生，該技術也無法進行術中連續監測，同時無法直觀地了解PS的方向和位置。而脊柱外科手術導航系統價格昂貴，操作復雜，注冊系統要求定位精確，一旦定位后就不能移動，否則將嚴重影響椎弓根釘置入準確性。應用CT需在術前采集圖像而術中進行匹配，無法得到完全的實時性。組織電導率只能獲得即將穿破處的信息，不能判斷螺釘與椎體和椎弓根的空間關系，同時穿刺路徑上椎骨組織的電導率差別較小。近紅外定位導航可以實時獲得椎骨組織針道上的光學參數，但無法獲得螺釘的空間位置、方向、植入深度等信息。

通過以上分析，目前并沒有一種行之有效的用于椎弓根螺釘植入的監測系統，有待進一步完善。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種用于椎弓根螺釘植入的術中導航系統，其操作簡單、實時有效，可在術中實時監測椎弓根螺釘植入的位置、方向和深度，并在螺釘偏植或到達邊界前進行預警。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種用于椎弓根螺釘植入的術中導航系統，包括多功能鉆頭、近紅外參數采集裝置、電磁定位裝置和計算機，其中，電磁定位裝置包括磁場發生器和電磁定位儀，二者通過電纜連接，而所述電磁定位儀還通過電纜連接計算機；所述多功能鉆頭包括螺紋套管、接收光纖、發射光纖、電磁定位線圈、內部不銹鋼管、外部不銹鋼管和手柄，其中，外部不銹鋼管為中空結構，其一端緊密連接有螺紋套管，另一端螺紋連接手柄；所述外部不銹鋼管套合在內部不銹鋼管的外部；所述內部不銹鋼管的中心為圓形通孔，接收光纖、發射光纖和電磁定位線圈平行緊密設于所述通孔中，且所述電磁定位線圈通過串行電纜連接電磁定位裝置中的電磁定位儀；所述近紅外參數采集裝置包括機盒及設于機盒內部的電源、光源、光譜儀，所述機盒的外部分別設有電源開關、光源開關、光源輸出接口、光源輸入接口和USB接口，其中，電源為內部各模塊供電，并由電源開關控制其啟閉；光源經由光源輸出接口連接發射光纖，且該光源由光源開關控制其啟閉；光譜儀經由光源輸入接口連接接收光纖；USB接口通過USB數據線連接計算機，用以交換數據。

上述多功能鉆頭還包括光纖電纜輸出端口，所述光纖電纜輸出端口設于內部不銹鋼管與螺紋套管相對的一端，所述接收光纖、發射光纖和電磁定位線圈均穿過該光纖電纜輸出端口后再與外部設備連接。

采用上述方案后，本發明將近紅外、電磁定位和CT影像技術三者相結合，達到術中實時導航和監測椎弓根螺釘植入過程并預警的目的。采用近紅外光譜技術實時獲得椎骨相關聯組織參數，采用電磁定位方法實時獲得多功能鉆頭空間位置、角度信息，利用轉換模型將術前CT影像數據轉換為近紅外參數，從而將術中的實時參數和術前的參數進行聯合，達到實時導航的目的，同時完成了導航過程的預警。本發明實施簡單，操作靈活，手術時無需大型的手術設備，便于臨床應用。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是本發明中多功能鉆頭的結構示意圖；

圖3是本發明的實施流程圖；

圖4是本發明對脊椎骨進行重建后的三維模型；

圖5是本發明手術注冊示意圖；

圖6是本發明椎骨邊界示意圖；

圖7（a）是本發明植釘路徑上CT值曲線圖；

圖7（b）是本發明植釘路徑上近紅外光學參數曲線圖；

圖8是本發明在椎弓根上進行植釘和預警的示意圖。

具體實施方式