1.帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模,其特征是:包括本體(1)和鉆套(2);本體(1)下端設(shè)有骨貼合面(11)和底面(15),上端設(shè)有置釘平面(12),本體(1)前后兩側(cè)壁上設(shè)有指壓坑(14),本體(1)內(nèi)設(shè)有兩個置釘通道(13),置釘通道(13)一端貫通至置釘平面(12),另一端貫通至骨貼合面(11);鉆套(2)安裝在置釘通道(13)內(nèi),二者形成過渡配合。
2.如權(quán)利要求1所述的帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模,其特征是:鉆套(2)的長度短于置釘通道(13)的長度,當(dāng)鉆套(2)安裝在置釘通道(13)內(nèi),置釘通道(13)一段與鉆套(2)接觸,另一段未與鉆套(2)接觸,置釘通道(13)不與鉆套(2)接觸的一段為排屑腔(133),排屑腔(133)連通至底面(15)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模,其特征是:骨貼合面(11)可與目標(biāo)椎骨(31)椎板、橫突后部及棘突根部背側(cè)的輪廓貼附吻合;當(dāng)骨貼合面(11)與目標(biāo)椎骨(31)貼附吻合時,置釘通道(13)的中心軸線(132)與目標(biāo)椎骨(31)椎弓根最大內(nèi)接橢圓柱體的中軸線重合;所述相鄰椎骨(9)為位于目標(biāo)椎骨(31)下方且與目標(biāo)椎骨(31)相鄰的一塊椎骨。
4.如權(quán)利要求3所述的帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模,其特征是:本體(1)左右兩側(cè)壁與本體(1)底面(15)相交處設(shè)有橫突避讓倒角(16);骨貼合面(11)對應(yīng)目標(biāo)椎骨(31)棘突上部的部位設(shè)有棘突避讓凹槽(17);骨貼合面(11)對應(yīng)相鄰椎骨(9)上關(guān)節(jié)突的部位設(shè)有上關(guān)節(jié)突避讓凹槽(18)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模,其特征是:本體(1)左右兩側(cè)壁與本體(1)底面(15)相交處設(shè)有橫突避讓倒角(16);骨貼合面(11)對應(yīng)目標(biāo)椎骨(31)棘突(311)上部的部位設(shè)有棘突避讓凹槽(17);骨貼合面(11)對應(yīng)相鄰椎骨(9)上關(guān)節(jié)突(92)的部位設(shè)有上關(guān)節(jié)突避讓凹槽(18)。
6.一種制備如權(quán)利要求1-5中任一項所述的帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模的方法,其特征是,包括如下步驟:
S01,獲取目標(biāo)椎骨醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù):調(diào)取患者診斷前的螺旋CT檢查數(shù)據(jù)或核磁共振檢查數(shù)據(jù),選擇手術(shù)區(qū)域目標(biāo)椎骨的數(shù)據(jù),保存為醫(yī)學(xué)影像軟件可識別的格式;
S02,重構(gòu)目標(biāo)椎骨的三維模型和中心點點集:將目標(biāo)椎骨的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像軟件Mimics,重建目標(biāo)椎骨的三維模型,再獲取目標(biāo)椎骨的中心點點集,中心點點集由間距為a的離散點組成,將三維模型和中心點點集分別保存為STL格式、IGS格式;
本步驟中,a的取值區(qū)間為0.01mm~0.1mm;
S03,創(chuàng)建待修正的一次進(jìn)釘線:將三維模型和中心點點集數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入逆向工程軟件Imageware中,然后選取一側(cè)椎弓根全長范圍內(nèi)的中心點點集,創(chuàng)建NURBS曲線,在NURBS曲線上取等距的m個點,并作出NURBS曲線在這m個點位置的切線,過這m個點分別創(chuàng)建垂直于各切線的m個一次正截面,在m個一次正截面中提取出包含椎弓根峽部在內(nèi)的n個一次正截面,NURBS曲線與這n個一次正截面形成n個交點,求出這n個交點的最小二乘直線,即為一次進(jìn)釘線;
本步驟中,n≥7,m≥n;
S04,創(chuàng)建二次進(jìn)釘線:通過S03步驟中的n個交點,分別創(chuàng)建垂直于一次進(jìn)釘線的n個二次正截面;在n個二次正截面上分別提取椎弓根的外輪廓線,然后在每個外輪廓線內(nèi)創(chuàng)建出最大內(nèi)切圓,將各最大內(nèi)切圓的圓心依次連接,形成一條空間折線,求出該空間折線的最小二乘直線,即為二次進(jìn)釘線;
本步驟中,二次進(jìn)釘線即為最終的椎弓根螺釘?shù)倪M(jìn)釘路線;
S05,確定沿二次進(jìn)釘線方向的椎弓根最大內(nèi)接橢圓柱體的橫截面:通過S03步驟中的n個交點,分別創(chuàng)建垂直于二次進(jìn)釘線的n個三次正截面,在這n個三次正截面上分別提取椎弓根的外輪廓線,然后將提取出的n個外輪廓線沿二次進(jìn)釘線的向量方向,在最靠近目標(biāo)椎骨椎體的三次正截面上進(jìn)行投影,投影疊加后內(nèi)部形成一個封閉區(qū)間,作出該封閉區(qū)間內(nèi)的最大內(nèi)切橢圓,該最大內(nèi)切橢圓即為沿二次進(jìn)釘線方向的椎弓根最大內(nèi)接橢圓柱體的橫截面;
S06,確定椎弓根螺釘及置釘通道直徑的取值區(qū)間:以所述最大內(nèi)切橢圓的中心為中心,r為半短軸長度,h為半長軸長度,在最大內(nèi)切橢圓內(nèi)作同心橢圓,且保證同心橢圓的短軸與最大內(nèi)切橢圓的短軸重疊,將該同心橢圓的短軸長度與醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0018-2002所規(guī)定的金屬接骨螺釘?shù)耐饴菁y直徑尺寸進(jìn)行比較并向下圓整,確定椎弓根螺釘外螺紋直徑d1,查取d1所對應(yīng)的螺紋小徑d2,將d2作為鉆套內(nèi)徑的基本尺寸,將d2+2δ作為鉆套外徑的基本尺寸,然后根據(jù)鉆套與置釘通道的配合關(guān)系確定置釘通道直徑;
本步驟中,r=b-x-y;h=c-x-y;b為最大內(nèi)切橢圓的半短軸長度,c為最大內(nèi)切橢圓的半長軸長度,x為目標(biāo)椎骨椎弓根皮質(zhì)骨厚度的統(tǒng)計值,y為本體的鉆孔偏距,y的取值區(qū)間為0.3~0.5mm;δ為鉆套的壁厚,δ的取值區(qū)間為1.5~1.75mm;
S07,依次重復(fù)S03~S06,求出與S03步驟中“一側(cè)椎弓根”相對的另一側(cè)椎弓根的二次進(jìn)釘線、椎弓根螺釘及置釘通道直徑的取值區(qū)間;
S08,建立本體三維模型:將目標(biāo)椎骨及其相鄰椎骨的三維模型文件導(dǎo)入到PRO/E中;根據(jù)目標(biāo)椎骨的形態(tài)、尺寸及與相鄰椎骨的位置關(guān)系,建立本體初始結(jié)構(gòu)模型,再根據(jù)二次進(jìn)釘線直線方程及選取的置釘通道直徑,在本體初始結(jié)構(gòu)模型上建立置釘通道,然后在Mimics中把目標(biāo)椎骨和帶置釘通道的本體初始結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匹配,利用布爾運算在本體下端生成目標(biāo)椎骨定位面的反向曲面,作為本體的骨貼合面,從而實現(xiàn)本體三維模型的建立;
S09,制造帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模:將設(shè)計好的本體三維模型用3D打印技術(shù)制造出來,并將設(shè)計好的鉆套也制造出來,同時制造出目標(biāo)椎骨的3D打印模型,便于醫(yī)生術(shù)前試驗與評估。
7.如權(quán)利要求6所述的制備帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模的方法,其特征是:步驟S08中,建立本體初始結(jié)構(gòu)模型時,考慮夾持的便捷性,在本體前后兩側(cè)壁上設(shè)置指壓坑,指壓坑作為帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模工作時的把持部位。
8.如權(quán)利要求6或7所述的制備帶快換鉆套的個性化椎弓根置釘鉆模的方法,其特征是:步驟S08中,建立本體初始結(jié)構(gòu)模型時,進(jìn)行三處避空處理,所述三處避空處理包括在本體左右兩側(cè)壁與底面相交處設(shè)置橫突避讓倒角,以避免相鄰椎骨的橫突部位對本體安裝定位的干涉;骨貼合面對應(yīng)目標(biāo)椎骨棘突上部的部位設(shè)置棘突避讓凹槽,以避免棘突側(cè)向凸起對骨貼合面曲面定位的干涉作用;骨貼合面對應(yīng)相鄰椎骨上關(guān)節(jié)突部位上關(guān)節(jié)突避讓凹槽,以避免目標(biāo)椎骨與相鄰椎骨間的相對運動位置變化對骨貼合面曲面定位的干涉作用。