CN104688323A - 3d打印的颈椎侧块螺钉导向植入板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板及其制备方法，该植入板通过3D打印技术打印，包括一块或数块导板，一到数个侧块螺钉导向钉道，导板中央或一侧设置的一到数个棘突孔；所述导板上部为一平面，底部曲面与颈椎侧块椎板反向一致；导板底部曲面一致到侧块外侧，导板上部平面延伸到钉道在上部平面的出口后再延伸2-5mm。当导板数目为多块时，导板间设有连接构件。另为保证导向植入板的稳定性在导板上设置数目不等的固定针，在棘突孔旁设置固定夹。本发明结构简单合理，使用方便，可有效为颈椎侧块螺钉提供进钉导向钉道，保证进钉的精确性(深度及方向)，减少手术的难度及手术的风险。
Description
技术领域
本发明属于颈椎后路手术用导引性医疗器械，具体涉及为3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板。
背景技术
目前临床上，针对患者的颈部疾病的后路手术治疗，经常考虑的术式包括颈椎后路“单开门”或“双开门”椎板扩大成形术或不同方式的减压手术。手术中，为保持颈椎运动节段的稳定和维持颈椎的生理前凸，通常在减压的同时加用颈椎侧块钉棒内固定***的内固定，而连接金属棒用的侧块螺钉多在颈椎后路侧块上穿行，侧块螺钉的进钉方向及角度是有严格要求的，进钉方向的不准确可能对患者造成不可恢复的创伤，因此对侧块螺钉进钉方向和深度的掌握是非常关键的，对医生技术的要求也非常高，急需要一种辅助器械来辅助医生继续侧块螺钉进钉，以达到减小手术风险的目的。
目前随着3D打印技术的进步，在医学领域，人们尝试将反向工程与3D打印技术相结合的方式，利用CT或核磁共振(MRI)等设备采集人体器官、骨骼、关节等部位的外形数据，重建三维数字化模型，然后用3D打印方式制造教学和手术参考用的模型，常用于帮助制造假肢或进行外科修复，因与器官、骨骼、关节等部位的吻合性高而使应用领域不断增加。目前存在利用此种方式制备胸腰椎椎弓根螺钉导向模板还不算普及，但还未发现利用此技术进行颈椎侧块螺钉进钉导向的器械。而且现有技术存在用于椎弓根螺钉进钉导向的装置的导航模板结构不规则且较薄，容易断裂，放置后无固定装置，给进钉的准确性造成影响。
而颈椎后路侧块螺钉固定导向器及螺钉固定方法专利，仅为含有1个定位孔的方形结构，且没有与椎板拟合使用不方便。在需要对连续多块颈椎侧块进行进钉固定时，现有技术还存在许多不合理的地方。因此需要一种应用3D打印技术制备的吻合性强的个体化侧块螺钉导向模板。
本发明针针对没有合理有效的颈椎侧块螺钉进钉导向的装置问题，提供一种结构合理，使用简单，可以很好为颈椎侧块螺钉进行导向，而且可以有效对1块至多块颈椎侧块进行进钉导向，可以实现对双侧或单侧颈椎侧块的进钉导向的医疗器械。
发明内容
为了克服现有的技术不能很好的对侧块螺钉进行进钉导向，不能对多块颈椎侧块进行导向的问题，本发明的目的是提供一种能解决上述问题的3D打印的颈(颈3-颈7)椎侧块螺钉导向植入板。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一块或数块导板，一到数个设置于导板上的侧块螺钉导向钉道，所述导板上还设置一到数个棘突孔；所述导板上部为一平面，导板底部曲面与椎板反向一致；导板底部一侧延伸到侧块外侧，导板上部平面为底部平面的垂直增厚。导向钉道方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，导向钉道中轴线经过进钉钉道进钉点；多块导板间设置连接构件；棘突孔用于棘突的***。导向钉道为侧块螺钉提供进钉导向通道，可以使侧块螺钉准确进入侧块，防止发生侧块的断裂；导板上部的平面可以使手术操作更加容易。棘突***棘突孔使植入板稳定性增加。
进一步，上述方案中所述的导板数目设置为一块或多块的方式，
导板数目为一块的技术方案为：
进一步，所述导板可覆盖1-5块连续侧块(颈3-颈7)，可以实现对连续多块侧块同时进行手术的目的。
进一步，所述棘突孔设置在导板中央，设置1-5个棘突孔；所述侧块螺钉导向钉道设置在棘突孔两侧，设置1-5对导向钉道，可实现对双侧多个侧块螺钉进行导向的目的。
或者所述棘突孔设置在导板一侧，设置1-5个棘突孔；所述侧块螺钉导向钉道设置于棘突孔旁，设置1-5个导向钉道，可实现单侧对侧块螺钉进行导向的目的。
导板数目为多块时的技术方案为：
进一步，所述导板数目设置1-5块，每个导板能覆盖一块侧块，每个导板上设置一个或一对侧块螺钉导向钉道与一个棘突孔，两导板间设置有起连接作用的连接构件。
进一步，所述棘突孔位于每个导板中央，每个导板上设置1对所述侧块螺钉导向钉道，所述导向钉道设置在棘突孔两侧；或者所述棘突孔位于每个导板一侧，每个导板上设置1个所述侧块导向钉道，所述导向钉道设置于棘突孔旁。
进一步，所述连接构件用于连接两个相邻导板，连接构件可调节，使手术时更容易吻合各个椎板的位置。
进一步，连接构件包括设置于导板上的连接孔及导板间的连接结构，连接结构为任意可以起到连接作用的材料，其中优选为软质的钢条或或尼龙绳，该设置可以调节导板间的远近，还可调节导板间的角度，手术时应用更加方便。
在上述一块导板与数块导板的设置方案基础上，进一步优化发明方案：
进一步，所述棘突孔形状与棘突形状拟合，棘突孔的内径与棘突的外径一致，棘突孔有效的套在棘突上。
进一步，所述导板上部平面与底部曲面最高点的距离为2-5mm。
进一步，导板上还设置一到数个固定钉，固定钉因导板大小不同设置不同的数目，导板可覆盖一块颈椎侧块时设置2-4根固定钉，导板可覆盖2块或3块颈椎侧块时设置4-8根固定钉，固定钉设置在靠近导向钉道的位置上，但不经过导向钉道，及导板中间边缘位置。固定钉的设置可以有效保证导板在颈椎侧块上的吻合及稳定性。
进一步，所述棘突孔位置设置有棘突固定夹，固定夹为弹性固定夹，可在使用时紧紧的夹住棘突，使导板与颈椎侧块更加贴合，稳定。
进一步，所述侧块螺钉导向钉道位置设有钉道卡扣，卡扣控制螺钉处于钉道的中心，并可调节不同尺寸的螺钉准确的通过导向钉道。
本发明还公开了所述3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板的制备方法为，
步骤1：通过CT或核磁共振等扫描技术获取颈3—颈7运动节段的原始数据；
步骤2：利用三维重建软件，建立颈3—颈7运动节段的三维模型，并对颈3—颈7侧块进钉钉道的进钉点、进钉方向及棘突外径进行三维分析；
步骤3：对侧块的三维模型、进钉钉道的进钉点及进钉方向进行反向拟合，形成一个与侧块吻合的拟合曲面，其上有导向钉道口及棘突孔口；
步骤4：对曲面进行反向增厚，使各个点增厚到一个平面上，导向钉道口沿进钉方向进行反向延伸，另一开口形成在平面上，棘突孔口沿棘突尺寸延伸，在平面上形成另一棘突孔口，建立颈3—颈7颈椎侧块螺钉导向植入板的三维模型；
步骤5：将导向植入板的三维模型数据导入三D打印机，装入打印材料，打印出导向植入板。
进一步，所述进钉钉道进钉点在侧块中点内上2-3mm,方向为：向上倾斜与上关节突关节面平行,向外倾斜25度,螺钉贯穿前后骨皮质,尖端位于关节突前面的上外侧(Magerl技术)。
进一步，所述方法步骤3所述的拟合曲面在棘突处拟合至棘突底部。
进一步，所述方法步骤4所述各点增厚的平面距离曲面最高点为2-5mm。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈椎侧块上，通过侧块螺钉导向钉道在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：棘突孔的设置可以使导向植入板使用时与颈椎侧块拟合性更好，更稳定，而且拟合时不用拟合至棘突顶部，减少拟合难度；导板大小及不同数目导向钉道的设置达到对不同数目及不同侧侧块螺钉的导向；导板上部平面的设置，使操作更加简单容易；固定钉及棘突固定夹的设置可使装置使用更加稳定；导向钉道卡扣的设置可以有效保证进钉方向和深度(双皮质固定)的准确性；连接结构的设置使手术时更加方便调整，可以更快的给每个侧块拟合。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2本发明实施例2结构示意图；
图3本发明实施例3结构示意图；
图4本发明实施例4结构示意图；
图5本发明实施例5结构示意图；
图6本发明实施例6结构示意图；
图中，1、导板；11、导板上部平面；12、导板底部曲面；2、导向钉道；3、棘突孔；31、固定夹；4、固定钉；51、连接孔；52、软金属条。
具体实施方式
实施例1 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一实体导板1，导板1大小可覆盖1个颈椎侧块；1个设置于导板1上的侧块螺钉导向钉道2，导板1上还设置1个棘突孔3；棘突孔3位于导板1一侧，导向钉道2设置于棘突孔3旁，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12与手术椎板反向一致；导板1底部曲面12一侧至侧块外侧，一侧至棘突的另一侧，导板底部曲面垂直增厚至导板上部平面。棘突孔3形状与棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3可有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为3mm。导板1的材料为医用树脂。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将导向板放置在相应的颈3--颈7侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例2 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一实体导板1，导板1大小可覆盖1个颈椎侧块；2个设置于导板1上的侧块螺钉导向钉道2，导板1上还设置1个棘突孔3；棘突孔3位于导板1中央，2个导向钉道2设置在棘突孔3两侧，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12可与手术椎板反向一致；导板1底部曲面12延伸至两侧侧块外侧，导板底部曲面垂直增厚至导板上部平面。棘突孔3形状与棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为4mm。导板1上还设置4个固定钉4，2个设置在靠近导向钉道2的位置上，2个导板1中间边缘位置。固定钉4的设置可以有效保证导板1在颈椎侧块上吻合及稳定性。导板1的材料为医用树脂。
使用时，在手术减压后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈3--颈7侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例3 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一实体导板1，导板1大小可覆盖三个颈椎侧块；3个设置于导板1上的侧块螺钉导向钉道2，导板1上还设置3个棘突孔3；棘突孔3位于导板1一侧，导向钉道2设置于导板1的另一侧，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12与手术椎板反向一致；导板1底部曲面12一侧至侧块外侧，一侧至棘突的另一侧，导板底部曲面垂直增厚至导板上部平面。棘突孔3形状分别与相应棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3可有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为3mm。导板1的材料为医用树脂。导板1上还设置6个固定钉4，3个设置在靠近相应导向钉道2的位置上，3个设置在相应的棘突孔3旁。固定钉4的设置可以有效保证导板1在颈椎侧块上吻合及稳定性。每个棘突孔3位置设置有棘突固定夹31，固定夹31为弹性固定夹31，可在使用时紧紧的夹住棘突，使导板1与颈椎侧块更加贴合，稳定。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈椎侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例4 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一实体导板1，导板1大小可覆盖3个颈椎侧块；6个设置于导板1上的侧块螺钉导向钉道2，导板1上还设置3个棘突孔3；棘突孔3位于导板1中央，6个导向钉道2设置在棘突孔3两侧，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12可与手术椎板反向一致；导板1底部曲面12延伸至两侧侧块外侧，导板底部曲面垂直增厚至导板上部平面。棘突孔3形状与棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为4mm。导板1上还设置8个固定钉4，6个设置在靠近相应导向钉道2的位置上，2个导板1中间边缘位置。固定钉4的设置可以有效保证导板1在颈椎侧块上吻合及稳定性。棘突孔3位置设置有棘突固定夹31，固定夹31为弹性固定夹31，可在使用时紧紧的夹住棘突，使导板1与颈椎侧块更加贴合，稳定。侧块螺钉导向钉道2位置设有导向钉道2卡扣，卡扣控制螺钉处于钉道的中心，并可调节不同尺寸的螺钉准确的通过导向钉道2。导板1的材料为医用树脂。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈椎侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例5 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括5块导板1，每个导板1上设置一个棘突孔3与一个侧块螺钉导向钉道2，棘突孔3位于导板1一侧，导向钉道2设置于棘突孔3旁，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板侧面设置有连接孔，连接孔内设置连接软金属条；导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12可与手术椎板反向拟合；导板1底部曲面12一侧延伸至侧块外侧，一侧延伸至棘突旁，导板1上部平面11一侧延伸至导向钉道2在上部平面11出口处后，再向外延伸4mm，另一侧延伸至棘突旁。棘突孔3形状与棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为4mm。每个导板1上设置2个固定钉，一个设置在靠近相应导向钉道2的位置上，一个设置在棘突孔旁边。固定钉的设置可以有效保证导板1在颈椎侧块上吻合及稳定性。棘突孔3位置设置有棘突固定夹，固定夹为弹性固定夹，可在使用时紧紧的夹住棘突，使导板1与颈椎侧块更加贴合，稳定。侧块螺钉导向钉道2位置设有导向钉道2卡扣，卡扣控制螺钉处于钉道的中心，并可调节不同尺寸的螺钉准确的通过导向钉道2。导板1的材料为医用树脂。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈椎侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例6 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板结构
一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括5块导板1，每个导板1上设置一个棘突孔3与一对侧块螺钉导向钉道2，棘突孔3位于导板1中央，导向钉道2设置在棘突孔3两侧，导向钉道2方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，通过导向钉道2，螺钉可以准确进入侧块。导板侧面设置有连接孔，连接孔内设置连接软金属条；导板1上部为一平面11，导板1底部曲面12可与手术椎板反向拟合；导板1底部曲面12延伸至两侧侧块外侧，导板1上部平面11延伸至两侧导向钉道2在上部平面11出口处后，再向外延伸4mm。棘突孔3形状与棘突形状一致，棘突孔3的内径与棘突的外径移一致，棘突孔3有效的套在棘突上。导板1上部平面11与底部曲面12最高点的距离为4mm。导板1上还设置8个固定钉4，6个设置在靠近相应导向钉道2的位置上，2个导板1中间边缘位置。固定钉4的设置可以有效保证导板1在颈椎侧块上吻合及稳定性。棘突孔3位置设置有棘突固定夹31，固定夹31为弹性固定夹31，可在使用时紧紧的夹住棘突，使导板1与颈椎侧块更加贴合，稳定。侧块螺钉导向钉道2位置设有导向钉道2卡扣，卡扣控制螺钉处于钉道的中心，并可调节不同尺寸的螺钉准确的通过导向钉道2。导板1的材料为医用树脂。
使用时，在手术开窗后或模拟手术时，将植入板放置在相应的颈椎侧块上，通过侧块螺钉导向钉道2在颈椎侧块上钻孔，钻孔结束后取下导向植入板，完成对装置的使用。
实施例7 3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板的制备方法
3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板的制备方法为，
步骤1：通过CT或核磁共振等扫描技术获取患者颈3—颈7运动节段的原始数据；
步骤2：利用三维重建软件，建立颈椎颈3—颈7侧块的三维模型，并对侧块的进钉钉道及棘突外径进行三维分析；
步骤3：对颈椎侧块的三维模型及进钉钉道进行反向拟合，形成一个与颈3—颈7颈椎侧块及椎板吻合的拟合曲面12，其上有导向钉道2口及棘突孔3口；拟合曲面12在棘突处拟合至棘突底部。
步骤4：对曲面12进行反向增厚，使各个点增厚到一个平面11上，进钉钉道反向延伸，另一开口形成在平面11上，棘突孔3口沿棘突尺寸延伸在导向板上形成棘突孔3，建立颈椎侧块螺钉导向植入板的三维模型；各点增厚的平面11距离曲面12最高点为2-5mm。
步骤5：将导向植入板的三维模型数据导入三D打印机，装入打印材料，打印出导向植入板。
打印出的颈椎侧块螺钉导向植入板共手术或模拟手术时使用。
上述实施例的说明只是用于理解本发明。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也将落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，包括一块或数块导板(1)，一到数个设置于导板(1)上的侧块螺钉导向钉道(2)，导板(1)上还设置一到数个用于***棘突的棘突孔(3)；所述导板(1)上部为一平面(11)，导板底部曲面(12)与椎板反向一致；导板(1)底部曲面(12)一侧延伸到侧块外侧，导板上部平面(11)为底部曲面的垂直增厚；导向钉道(2)方向与侧块螺钉进钉钉道方向一致，导向钉道(2)中轴线经过进钉钉道进钉点；多块导板(1)间设置连接构件。
2.根据权利要求1所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述导板(1)数目为一块，导板(1)能覆盖1-5块连续颈椎侧块(颈3-颈7)，导板上设置与覆盖侧块数对应的导向钉道(2)及棘突孔(3)。
3.根据权利要求2所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述棘突孔(3)位于导板(1)一侧，设置1-5个棘突孔(3)，所述侧块螺钉导向钉道(2)设置于棘突孔(3)旁，设置1-5个导向钉道(2)。
4.根据权利要求2所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述棘突孔(3)位于导板(1)中央，设置1-5个棘突孔(3)，所述侧块螺钉导向钉道(2)设置在棘突孔(3)两侧，设置1-5对导向钉道(2)。
5.根据权利要求1所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述导板(1)数目设置1-5个，每个导板(1)覆盖一颈椎侧块，每个导板上设置一个或一对侧块螺钉导向钉道(2)与一个棘突孔(3)，两导板(1)间设置有起连接作用的连接构件。
6.根据权利要求5所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述棘突孔(3)位于每个导板(1)一侧，每个导板(1)上设置1个所述侧块导向钉道(2)，所述侧块螺钉导向钉道(2)设置于棘突孔(3)旁。
7.根据权利要求5所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，所述棘突孔(3)位于每个导板(1)中央，每个导板(1)上设置1对所述侧块导向钉道(2)，所述侧块螺钉导向钉道(2)设置在棘突孔(3)两侧。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板，其特征在于，导板(1)上还设置一到数个固定钉(4)。
9.权利要求1-7任意一项所述的3D打印的颈椎侧块螺钉导向植入板的制备方法为：步骤1：通过薄层CT或核磁共振等扫描技术获取患者颈椎运动节段(颈3-颈7)的原始数据；
步骤2：利用三维重建软件，建立颈椎运动节段颈3-颈7的三维模型，并对颈3-颈7侧块进钉钉道的进钉点、进钉方向及棘突外径进行三维分析；
步骤3：对颈椎运动节段颈3-颈7的三维模型、颈3-颈7侧块进钉钉道的进钉点及进钉方向进行反向拟合，形成一个与侧块吻合的拟合曲面(12)，其上有导向钉道(2)口及棘突孔(3)口；
步骤4：对曲面进行反向增厚，使各个点增厚到一个平面(11)上，导向钉道口沿进钉方向进行反向延伸，另一开口形成在平面(11)上，棘突孔(3)口沿棘突尺寸延伸，在平面上形成另一棘突孔口，建立颈3-颈7颈椎侧块螺钉导向植入板的三维模型；
步骤5：将导向植入板的三维模型数据导入三D打印机，装入打印材料，打印出导向植入板。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤4所述各点增厚的平面(11)距离曲面(12)最高点为3-5mm。
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