一種個性化枕頸融合螺釘進釘導航模板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機輔助技術及醫(yī)療器械領域，尤其涉及一種個性化枕頸融合螺釘 進釘導航模板的制作方法。
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【背景技術】
[0003] 枕頸部是指由枕骨大孔區(qū)、寰椎和樞椎構成的解剖區(qū)域，包括延髓、延頸髓交界部 以及上頸髓等重要的中樞神經(jīng)，該區(qū)域的解剖結構復雜、毗鄰重要、外科干預難度大，其治 療是脊柱外科的難點之一。枕頸固定術于1927年由Foerster首次報道，后來這種手術一直 被認為是治療枕頸部和上頸椎先天性畸形、外傷性骨折脫位和其他疾患所致的枕頸部或上 頸椎不穩(wěn)的有效方法。目前頸枕部內固定系統(tǒng)包括枕骨螺釘及鋼板、樞椎螺釘、頸枕部連接 棒。其中樞椎椎弓根比鄰脊髓及椎動脈，置釘風險大;枕骨螺釘及鋼板的位置大多都是依手 術醫(yī)師術中對枕骨解剖關系所決定，主觀性強，術后出現(xiàn)螺釘錐破枕骨內板、硬膜下出血、 螺釘松動、鋼板偏移等并發(fā)癥;連接棒的長度和弧度大多都是依手術醫(yī)師術中臨時斷棒和 折彎的，主觀性強，術中出現(xiàn)反復多次斷棒和折彎，多次反復透視，術后頸枕部矢狀位角度 仍不理想，患者直立行走時視覺不滿意等，因此這些一直是臨床是較為棘手的技術問題。
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【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決以上技術問題，本發(fā)明通過術前分析個性化設計的枕頸固定螺釘進釘導 航模板和矢狀角度模棒在生理功能狀態(tài)下的力學特性，提供一種便捷、高效的一種個性化 枕頸融合螺釘進釘導航模板的制作方法，制作方法簡單操作方便于工作，準確，并使術中省 去了螺釘置釘及連接棒的預彎主觀性，反復多次操作透視等;適用于顱底凹陷，環(huán)樞椎骨折 等多種情況;使手術操作簡便，對醫(yī)生要求較低，降低手術風險，提高手術效率，進而減少手 術成本。
[0006] 解決以上技術問題的本發(fā)明中一種個性化枕頸融合螺釘進釘導航模板制作方法， 其特征在于:包括以下步驟： (1) 對患者枕骨及上頸椎進行64排螺旋CT掃描，獲取DIC0M數(shù)據(jù)： (2) 將數(shù)據(jù)導入三維建模軟件-Mimics，重建枕骨及上頸椎三維模型； 通過閾值選取得到所需固定節(jié)段的枕骨及環(huán)樞椎三維模型，對殘端移位明顯的骨斷模 擬復位； (3) 枕骨、寰樞椎的分割建模： 使用Mimics軟件修改蒙罩工具中的擦除功能，以枕骨髁部、環(huán)樞椎上下關節(jié)突為界在 軟件中手工分離成，再采用區(qū)域增長工具和布爾運算分別形成3個新不同的蒙罩，以此蒙罩 建立3個不同顏色的三維模型； (4) 枕骨和樞椎螺釘術前規(guī)劃： 枕骨螺釘進釘位置定為枕骨粗隆骨質最厚的部位，以增長螺釘?shù)倪M釘深度，加強固定 效果;樞椎螺釘?shù)倪M釘位置和方向定義為樞椎椎弓根螺釘?shù)妮S心位置，以增強樞椎螺釘?shù)?把持力； (5)頸枕矢狀角度術前規(guī)劃： 通過mimics軟件中的移位和旋轉功能，將頸椎和枕骨的矢狀位角度固定于直立行走時 雙眼平視前方，使患者頸枕固定后有更好的視覺范圍和效果;結合上述枕骨和樞椎螺釘?shù)?進釘位置，確定頸枕頸枕角度和螺釘撐開的距離。
[0007] (6)個體化螺釘定位導航模板和矢狀位模棒的設計 在Geomagic軟件中設計個體化螺釘定位導航模版和頸枕矢狀角度模棒； 以步驟(4)(5)中頸枕矢狀角度和長度制作模棒三維模型，并在其表面制作螺釘進釘位 置標示點，保存為STL格式文件；以步驟(4)中最佳釘?shù)罏榛A，制作螺釘定位導航模板，保 存為STL格式文件； (7)傳入3D打印機進行實物打印。
[0008] 所述步驟(1)中螺旋CT掃描層厚為0.625mm，矩陣為512*512。
[0009]矩陣相當于像素，指的是圖像為512*512的像素，層厚越薄，帶來的精確越高，CT掃 描的時間越長。但層厚也不能太薄。
[0010] 所述步驟(2)中骨斷模擬復位具體操作為選閾值選取工具，獲得擬固定胸腰椎原 始蒙罩，再用區(qū)域增長工具縮小并修改上述蒙罩，產(chǎn)生新蒙罩;然后，選此新蒙罩的三維建 模并做平滑處理，即得所需固定節(jié)段的胸腰椎三維模型。
[0011] 所述步驟(7)中所用材料為光敏樹脂材料，也可以用其他材料，比如說尼龍，而且 尼龍的生物特性更好，可以和人體短暫接觸。
[0012] 本發(fā)明中個性化矢狀曲度模棒以術前模擬手術得到患者最為理想的矢狀曲度參 數(shù)，將這一參數(shù)通過3D打印的方式打印成實物。以術前模擬手術得到患者最為理想的枕骨 及環(huán)樞椎螺釘?shù)倪M釘點和進釘方制作個體化的螺釘導航模板，通過3D打印的方式打印成實 物，通過此實物消毒后在術中枕骨及環(huán)樞椎螺釘?shù)闹萌?，使術后患者得到最好的螺釘置入 位置。
[0013] 本發(fā)明中的制備方法中基于醫(yī)學圖像，重建擬固定節(jié)段脊柱的三維模型；在三維 模型上進行模擬手術;依模擬手術后矢狀曲度制作個體化矢狀曲度模棒Stl文件及樞椎、枕 骨螺釘導板;并利用3D打印或其他加工方法制造出來。所述螺釘導板及矢狀曲度模棒為個 體化，在模棒上設計螺釘撐開加壓標志點保證在頸枕融合后矢狀曲度維持在正常的生理弧 度。
[0014] 在Geomagic中，提取擬置釘椎體棘突根部和椎板后部的解剖學形態(tài)并建立與之解 剖形狀一致厚度為3_反向模板，將上述最佳進釘通道和此模板進行擬合，設計帶有導向孔 的個體化椎弓根定位導板，保存為STL格式文件傳入3D打印機進行3D實物打印。
[0015]幾何結構的精確對于模型的有效性非常重要。在此模型上用特殊材料提前"定 做"。據(jù)介紹，定做的模棒形態(tài)遵循了原骨骼解剖特征，保持了功能，具有個性化、定制化優(yōu) 勢，同時手術創(chuàng)傷小。
[0016]在此類手術中螺釘固定融合的同時，還需要恢復患者頸枕部最合適的融合角度 (矢狀角度），以術前模擬手術得到患者最為理想的連接棒矢狀角度及螺釘在連接棒的位 置。通過3D打印的方式打印，通過此實物消毒后在術中輔連接棒的預彎和螺釘在連接棒上 的位置，使術后患者得到理想的矢狀曲度。避免患者融合后固定在非正常的抬頭或低頭位。
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【具體實施方式】： 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例作簡單地 介紹，顯而易見地，本發(fā)明專利包括但是不僅僅限于下面所描述的實施例子。
[0018] 實施例1 ①對患者枕骨及上頸椎行6 4排螺旋C T掃描，獲取DIC 0 Μ數(shù)據(jù)；螺旋C T掃描層厚為 0.625mm，矩陣為 512*512。
[0019]②將數(shù)據(jù)導入三維建模軟件(Mimics)，重建枕骨及上頸椎三維模型； ③ 枕骨、寰樞椎的分割建模:使用Mimics軟件修改蒙罩工具中的擦除功能，以枕骨髁 部、環(huán)樞椎上下關節(jié)突為界在軟件中手工分離成，再采用區(qū)域增長工具和布爾運算分別形 成3個新不同的蒙罩，以此蒙罩建立3個不同顏色的三維模型； ④ 軟件中模擬手術:通過Mimics軟件中的移位和旋轉功能，將頸椎和枕骨