[發明專利]個性化脊椎外科手術導板的制作方法

在審

• 申請號: 201811188631.5
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109171958A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 史廷春;劉元鋒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B17/90;A61B34/20
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種個性化脊椎外科手術導板的制作方法。本發明首先建立脊椎的三維模型，并模型上尋找特征點，這些特征點需要能夠起到穩定導板的作用；其次在Femur Guiade上通過直線切割、曲線切割、三角面片修剪等操作精確的確定導板覆蓋的區域；然后使用Femur Guiade對導板底座進行自定義厚度偏置，生成具有一定厚度的封閉幾何體；同時在在Femur Guiade中導入導航模塊；最后在底座模型完成后與導航模塊模型進行聯合，生成一個完整的實體化個性導板。利用本發明方法制作的導板能夠精準的對入釘位置、入釘角度、入釘深度進行定位，極大的提高了手術的精確度降低了手術的風險。

技術領域

本發明涉及一種用于人體脊椎置釘手術個性化導板的制作方法，屬于骨外科，計算機模擬領域。

背景技術

人體脊柱由33塊椎骨以及其它人體結構組成，脊柱內部自上而下形成一條縱行的椎管內部為脊髓，椎管外部有兩條動脈血管自上至下連接脊柱。脊柱具有支持軀干、保護內臟、保護脊髓和支持人體運動的功能，對于人的正常生活起至關重要的作用。

然而由于疾病、事故、戰爭等損傷造成的脊柱損傷會為患者帶來極大的痛苦，脊椎椎弓根置釘手術是治療脊椎疾病的一種有效地手段。但是由于脊柱結構的復雜性，置釘手術難度大風險高，傳統的徒手置釘不僅對于手術的器材有嚴格的要求，對醫生的手術經驗也有很高的要求。

徒手置釘通常導致手術時間較長、出血較多、損傷較大，因此不僅增加了患者的痛苦，而且延長了術后的恢復時間。然而個性化3D打印手術導板技術的出現很大程度上避免了這些問題的出現，導向導板能夠提高手術成功率、縮短手術時間、減少創傷面積、降低置釘風險、降低對術者的要求等，因此該技術的應用能夠為脊椎治療提供更好的條件。

對于傳統的骨科疾病診斷而言，X光片、CT及MRI影像數據往往是臨床醫生進行診斷的重要判斷依據。而在椎弓根置釘手術中，雖然有各種器械幫助醫生顯示置釘的位置以及螺釘的狀態，但是仍然無法避免手工置釘時出現螺釘位置或者角度的誤差。而個性化手術導板是通過CT/MRI圖像使用MIMICS在二維圖像上進行初步定位，精準的測量置釘位置、置釘深度和置釘角度，然后生成三維的導航通道，最后聯合以脊椎3D模型為基礎制作的導板底座，生成用于椎弓根置釘的手術導板。該導板能夠完美貼合手術置釘部位區域，為螺釘提供穩定、精確的入口位置、置釘角度與置釘深度。醫生能夠在導板的導航作用下，精準的完成對椎弓根部位的置釘。

為了能夠生成穩定貼合手術部位的導板底座，本發明改善了設計方法，發明了針對脊椎置釘導板的設計與制作方法，生成能夠完美貼合椎弓根部位并穩定定位的導板底座。

發明內容

本發明提供了一種生成用于椎弓根置釘手術導航導板的方法，以解決傳統徒手置釘手術帶來的弊端，降低手術難度，提高了椎弓根置釘手術的成功率。

本發明包括以下步驟：

步驟1：將患者脊椎部位的CT圖像導入Mimics17.0，對CT影像進行降噪、平滑、表面填充等處理，建立脊椎的三維模型，并輸出為STL文件。

步驟2：利用軟件平臺打開脊椎三維模型文件，在模型上尋找特征點，這些特征點需要能夠起到穩定導板的作用，使最終生成的導板能穩定可靠的嵌合在置釘部位，并通過特征點來對模型底座的大體范圍進行確定。其中在椎弓根導板的制作上選取棘突作為一個特征點，使用雙邊對稱結構來制作導板，然后對模型在XY平面、YZ平面、XZ平面進行平面剪切，生成大體范圍的導板底座模型。

步驟3：在Femur Guiade 上通過直線切割、曲線切割、三角面片修剪等操作精確的確定導板覆蓋的區域，以及通過特征點選定提高導板定位的準確性以及定位后導板的穩定性。特征點的選取與底座對稱結構是導板穩定的關鍵，通過選取棘突作為特征點來進行精準的定位；然后通過底座的對稱性與特征點進行嵌合，該處理能夠使導板穩定的定位在預先設計的位置。