全坐标手术导航系统及脊柱置钉手术全坐标导航方法与流程

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种全坐标手术导航系统及脊柱置钉手术全坐标导航方法。

背景技术：

脊柱外科手术中，失之毫厘，都有可能损伤血管、脊髓，造成严重后果，目前，脊柱外科手术在往椎弓根内置钉时，首先需要植入导针，植入导针过程需要经过c形臂在术中进行多体位透视，确认导针位置良好，然后再将一颗中空的加压螺钉套在导针上，拧入脊椎，从而保证空心螺钉的固定路径与前面打入的导针方向完全一致，徒手置钉，目前临床误置率高达8%～15%。

导针的植入过程为：（1）手术医生将导针插入皮肤抵在脊椎顶端，通过“术中透视+多次调整导针方向”初步确定良好的导针方向；（2）将导针钻入脊椎；（3）再次进行多体位的术中透视来检验导针位置是否合适；（4）如果发现位置偏离较大，则需再次重复上述操作来打入第二根或更多根导针。

上述导针植入过程中需要多次术中透视来确定进针点和进针方向，但医生在根据透视图像来比对并确定位于患者后背皮肤上的进钉点和进钉角度时，对应起来并不是那么容易，有时存在一定误差，需要多次调整，造成导针植入耗时长，手术时间延长，对病人不利，并且在病人的后背上医生并没有准确的尺寸参照系统，完全凭经验，又给导针植入点和植入角度的确定造成一定困难，医生大致的估计有时会存在偏差，因此目前的进钉点和进钉角度的确定方式一是造成病人透视过多，二是植入效率低，一次成功率不高，因此迫切需要发明一种导航系统，能使医生可以更准确、更快速地确定进钉点和进钉角度，并减少术中透视次数，并缩短手术时间，降低手术风险。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种全坐标手术导航系统及脊柱置钉手术全坐标导航方法，能使医生可以更准确、更快速地确定进钉点和进钉角度，并减少术中透视次数，并缩短手术时间，降低手术风险。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种全坐标手术导航系统，包括标尺、固定机构以及设置在所述标尺上的标识刻度线或标识刻度槽，固定机构用于将标尺定位在患者背部；通过患者拍摄的x光片能够对应患者骨骼轮廓相对标尺的位置和患者身体相对标尺的位置。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述标尺包括纵向标尺，其包括纵向标尺本体，所述纵向标尺本体的正面和侧面均设置有纵向标识刻度线或纵向标识刻度槽，且纵向标尺本体的正面和侧面垂直；所述固定机构包括上固定组件和下固定组件，用于将纵向标尺沿脊柱纵向延伸方向定位在患者背部。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述纵向标尺内嵌设置在纵向支撑架内，所述纵向支撑架的顶部与所述上固定组件连接，且能相对所述上固定组件横向滑动和固定，所述纵向支撑架下部与所述下固定组件连接，且能相对所述下固定组件纵向滑动。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述上固定组件包括连接板，所述连接板上设有横向导向槽，所述纵向支撑架顶部通过螺栓连接在横向导向槽内相应位置，所述下固定组件包括连接架，所述连接架上设有供所述纵向支撑架穿过的通槽或所述纵向支撑架被压紧在所述连接架上，所述连接架的左右两侧分别套接有连接套。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述连接板通过固定钉连接在脊柱上，所述连接套通过固定钉连接在相应侧的髋骨上；所述连接板和连接套均连接有万向连接头，所述万向连接头上设有固定钉通孔，所述固定钉穿过所述固定钉通孔与万向连接头连接。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述纵向支撑架通过上下压板或夹子被压紧在所述连接架的某一位置。

根据所述的一种全坐标手术导航系统，所述连接架上连接有调节杆，所述调节杆的另一端设有夹头，所述夹头夹紧在所述纵向支撑架上的某一位置，转动调节杆能调节纵向标尺相对竖直方向的角度。

根据前面任一条所述的一种全坐标手术导航系统，所述标尺还包括横向标尺，其包括横向标尺本体，所述横向标尺本体平行于所述纵向标尺所在平面且相对所述纵向标尺垂直设置，所述横向标尺本体的正面设置有横向标识刻度线或横向标识刻度槽；所述横向标尺能相对所述纵向支撑架纵向滑动和固定。

一种脊柱置钉手术全坐标导航方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将前面任一条所述的全坐标手术导航系统固定在人体后背；

步骤二、拍摄平行于纵向标尺正面的x光片，得到第一方向的脊柱x光图像，根据第一方向的脊柱x光图像，确定第一方向的脊柱x光图像中的进钉点a，并与人体后背的纵向标尺对应确定人体后背上的进钉点a,；

步骤三、拍摄平行于纵向标尺侧面的x光片，得到第二方向的脊柱x光图像，通过第二方向的脊柱x光图像，确定人体后背上第二方向的对应进钉点a的进钉倾斜角度b；

步骤四、采集第三方向的脊柱的ct图像，第三方向与第一方向和第二方向垂直，根据第三方向上的脊柱ct图像，确定人体后背上第三方向的对应进钉点a的进钉倾斜角度c。

根据所述的脊柱置钉手术全坐标导航方法，所述方法还包括：在三维软件上根据采集的第三方向的脊柱ct图像进行三维建模，得到脊柱的三维模型，在三维模型上根据确定的进钉点和进钉角度拉入螺钉，根据拉入螺钉后的三维模型生成并显示第一方向、第二方向和第三方向的三个剖切面图，以验证确定的进钉点和进钉角度。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

1、采用本申请的全坐标手术导航系统可以能使医生可以更准确、更快速地确定进钉点和进钉角度，一是可以减少病人透视次数，二是可以使导针植入效率高，一次植入成功率高，从而能缩短手术时间，降低手术风险；

2、采用本申请的脊柱置钉手术全坐标导航方法，不仅可以方便确定出椎弓根钉的进钉点和进钉角度，而且能够通过三维模型对确定的进钉点和进钉角度进行验证，使最终确定的进钉点和进钉角度更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1示出了根据本发明实施例的一种全坐标手术导航系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例的纵向标尺的局部放大结构示意图。

图3示出了根据本发明实施例的纵向支撑架与连接架的连接关系结构示意图之一。

图4示出了根据本发明实施例的纵向支撑架与连接架的连接关系结构示意图之二。

图中序号：

100为纵向标尺、101为纵向标尺本体、102为纵向标识刻度槽、200为纵向支撑架、300为横向标尺、301为横向标尺本体、302为横向标识刻度线或横向标识刻度槽、400为横向支撑架、500为上固定组件、501为连接板、502为横向导向槽、600为下固定组件、601为连接架、602为通槽、603为连接套、604为调节杆、605为夹头、700为万向连接头，701为固定钉通孔、702为连接头，703为万向固定头、800为压板、900为导向滑块。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4，本实施例公开了一种全坐标手术导航系统，包括标尺、固定机构以及设置在所述标尺上的标识刻度线或标识刻度槽，固定机构用于将标尺定位在患者背部；通过患者拍摄的x光片能够对应患者骨骼轮廓相对标尺的位置和患者身体相对标尺的位置，其中，标识刻度槽可以为设置在金属标尺上的镂空缝，标识刻度线可以为镶嵌设置在塑料标尺本体上的金属条，都为了使标尺上的刻度能够在x片上显示出来。

本实施例中，优选的，标尺包括纵向标尺100，纵向标尺包括纵向标尺本体101，纵向标尺本体101的正面和侧面均设置有纵向标识刻度槽102，方便在各自面的x光片中对应位置，且纵向标尺本体101的正面和侧面垂直，方便确定角度，本实施例中纵向标尺本体设置为l形，其他实施例中，也可以设置为其他形状；固定机构包括上固定组件500和下固定组件600，用于将纵向标尺沿脊柱纵向延伸方向定位在患者背部；其中，纵向标识刻度槽102为设置在金属纵向标尺本体上的镂空缝，方便加工，同时患者拍摄的x光片上能够显示骨骼和刻度线及两者之间的相对位置关系。

本实施例中，优选的，纵向标尺100内嵌设置在纵向支撑架200内，纵向支撑架200的材质设置为塑料或其他能够在x光下透视的材料，纵向支撑架200的顶部与上固定组件500连接，且能相对上固定组件500横向滑动和固定，以方便调整纵向支撑架200上部相对上固定组件的横向位置，纵向支撑架200下部与下固定组件600连接，且能相对下固定组件600纵向滑动，如此设置可以将纵向标尺100及纵向支撑架200设置的相对较长，使其能够适应不同身高的患者。

本实施例中，优选的，上固定组件500包括连接板501，连接板501上设有横向导向槽502，纵向支撑架200顶部通过螺栓连接在横向导向槽502内相应位置，这样能够实现将纵向支撑架200相对上固定组件500横向滑动，并实现将纵向支撑架200相对上固定组件500固定，下固定组件600包括连接架601，连接架601上设有供纵向支撑架200穿过的通槽602或纵向支撑架200被压紧在连接架601上，这样能够实现对纵向支撑架200的下部进行左右方向的限位和前后方向的限位，连接架601的左右两侧分别套接有连接套603，连接套603能够相对连接架601左右移动，从而能够根据具体情况将连接套603与不同尺寸的患者背部的不同位置进行固定。

本实施例中，优选的，连接板501通过固定钉连接在脊柱上，连接套603通过固定钉连接在相应侧的髋骨上。

在上述方案的基础上，优选的，连接板501和连接套603均连接有万向连接头700，万向连接头700上设有固定钉通孔701，固定钉穿过固定钉通孔701与万向连接头连接，不同患者背部的平整度不同，采用万向连接头700可以根据具体情况进行任意调整，万向连接头700包括连接头702和球铰连接在连接头702上的万向固定头703，固定钉通孔701设置在万向固定头703上。

本实施例中，优选的，可以通过设置纵向支撑架200和连接架601的固定方式，使纵向支撑架200相对竖直方向能调节一定角度，以适应脊柱侧弯病例。

具体的，实现上述功能的纵向支撑架200和连接架601的一种可能的固定方式为：纵向支撑架200通过上下压板800或夹子被压紧在连接架601的某一位置，此种连接方式，可以任意调整纵向支撑架200相对竖直方向之间的角度，压板800或夹子均可独立于纵向支撑架和连接架，实施时，可以在压板800或夹子上设置防滑垫。

实现上述功能的纵向支撑架200和连接架601的另一种可能的固定方式为：连接架601上铰接连接有调节杆604，调节杆604的另一端设有夹头605，夹头605夹紧在纵向支撑架200上的某一位置，转动调节杆604能调节纵向标尺100相对竖直方向的角度。

本实施例中，优选的，标尺还包括横向标尺300，其包括横向标尺本体301，横向标尺本体301平行于纵向标尺100所在平面且相对纵向标尺100垂直设置，横向标尺本体301的正面设置有横向标识刻度槽302，横向标尺的设置使得医生可以更方便地在患者背部通过两个方便地坐标对应进钉点；横向标尺300能相对纵向支撑架200纵向滑动和固定，本实施例中，横向标尺300内嵌设置在横向支撑架400内，横向支撑架400的材质设置为塑料或其他能够在x光下透视的材料，横向支撑架400通过导向滑块900连接在纵向支撑架200上，导向滑块900可以设置为矩形套管状，且紧套在纵向支撑架200上。

本实施例还公开了一种脊柱置钉手术全坐标导航方法，方法包括以下步骤：

步骤一、将前面描述的全坐标手术导航系统固定在人体后背；

步骤二、拍摄平行于纵向标尺100正面的x光片，得到第一方向的脊柱x光图像，第一方向的脊柱x光图像上能够显示第一方向的脊柱骨骼影像，以及纵向标尺100正面的刻度线或者同时显示纵向标尺100和横向标尺300正面的刻度线，从第一方向的脊柱x光图像上能够观察第一方向的脊柱骨骼影像相对与纵向标尺正面和横向标尺正面的刻度线的位置关系，从而根据第一方向的脊柱x光图像，确定第一方向的脊柱x光图像中的进钉点a，然后与人体后背的纵向标尺100对应确定人体后背上的进钉点a,；

步骤三、拍摄平行于纵向标尺100侧面的x光片，得到第二方向的脊柱x光图像，第二方向的脊柱x光图像上能够显示第二方向的脊柱骨骼影像以及纵向标尺100侧面的刻度线，然后通过计算确定第二方向的脊柱x光图像上的对应进钉点a的进钉斜度，从而通过第二方向的脊柱x光图像，确定人体后背上第二方向的对应进钉点a进钉倾斜角度b；

步骤四、采集第三方向的脊柱的ct图像，第三方向与第一方向和第二方向垂直，根据第三方向上的脊柱ct图像，计算确定人体后背上第三方向的对应进钉点a的进钉倾斜角度c。

脊柱置钉手术全坐标导航方法还包括：在三维软件上根据采集的第三方向的脊柱ct图像进行三维建模，得到脊柱的三维模型，在三维模型上根据前面已经确定的进钉点和进钉角度拉入与实际手术待使用的螺钉规格相同的螺钉，根据拉入螺钉后的三维模型生成并显示第一方向、第二方向和第三方向的三个剖切面图，以验证上面确定的进钉点和进钉角度是否合适。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一”、“二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

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