椎弓根置钉瞄准器的通道规划及过渡配合研究

发布时间：2020-04-18 19:46

【摘要】：椎弓根置钉瞄准器所具备的帮助手术医生完成置钉路径规划、精确引导螺钉植入的功能,顺应了复杂手术安全化、关键操作简单化的趋势。基于3D打印技术制造椎弓根置钉瞄准器,具有敏捷制造、柔性制造的突出优势,基本上解决了瞄准器个性化定位曲面制造的难点问题,实现了技术突破。瞄准器的设计制造和使用,关键在于进钉通道规划的科学性、精确性、效率性,以及瞄准器在使用工况下的可靠性。选取最大的标准螺钉以使椎弓根螺钉内固定术具备更好的生物力学性能,把握螺钉不穿破椎弓根皮质的原则以避免对脊髓、神经根及周围血管造成损伤,是评价进钉通道规划质量的依据;基于精确、简约和高效的CAD技术提升进钉通道的规划效率,从而提高手术响应速度,是彰显其效费比优势、快速推进其获得广泛临床应用的重要课题。本文综合分析了现行椎弓根置钉通道的CAD规划方法与手段,指出其因未能有效应用优化设计的理论和手段,致使规划效果不理想、规划效率低下。作者在充分了解医学影像软件Mimics、逆向工程造型软件UG Imageware,厘清通道截面及进钉点位置随进钉方向变化规律的基础上,提出了以充分利用CAD软件内置功能为手段、以最小二乘理论二次修正为方法、以获取更大通道直径为目标的通道规划技术路线。本文的主要研究内容及成果有:(1)提出了基于Mimics的三维重建功能、Matlab的科学计算功能,在UG Imageware界面下自动获得椎弓根全长范围内中心线的NURBS曲线及其最小二乘直线方程的方法,完成对进钉方向的第一次修正。(2)提出了依据第一次修正线各正截面的最大内切圆圆心创建最小二乘直线,完成对进钉方向的第二次修正的方法。(3)提出了应在第二次修正线正截面投影所框定的类似椭圆封闭区间内,再作出最大内切圆直径,以此作为椎弓根最大内接圆柱体直径的方法。虚拟实验结果不但验证了其安全性,且表明在相同的偏距值时,其直径大于现行等距椭圆法得到的椭圆短轴长度。该研究结果为选取更大的标准螺钉,从而使椎弓根螺钉内固定术具备更好的生物力学性能奠定了基础。(4)根据误差修正方式下的瞄准器导向孔管FDM-3D打印精度控制的实际检测结果,将原设计方案中导管与金属套筒间的过渡配合代号由H8/js7、H8/j7、H8/k7分别修正为H9/js7、H9/j7、H9/k7。(5)考虑导向孔管3D打印的尺寸误差和形状误差,本文以H9/k7为研究对象进行了有限元分析,以考察3种配合代号在最大过盈量状态下,3D打印瞄准器的层间连接是否失效。分析结果表明,该极端条件下层间并未产生层间剥离,这意味着采用H9/js7、H9/j7两个配合代号会更加可靠。(6)对椎弓根置钉瞄准器的通道规划质量和过渡配合效果进行了实验研究。钻孔实验表明,按本文提出的通道规划方法设计制造的椎弓根置钉瞄准器具有很高的精确性,足以保证置钉的安全性;而每个瞄准器2h的通道规划用时则充分表明了规划手段高效率的优势。
【图文】：

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内固定术研究方面取得了新进展，但是由于椎骨和髋方法并不适用椎弓根置钉通道研究，如图 2.1 所示，的 P 点位置，搜寻由 P 点发出的最小矢量并向其反可能只是 P 点附近某一点，结论显然不正确，因此该可能失效。此外，在每个剖面上探索距离螺钉中心有限，可能造成结论不精确。最后，利用该方法需确钉的长度是已知条件，但是，由于螺钉的长度与置钉度过长可能无法规划直径较大的置钉通道[40]603。

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过总结以前研究人员的研究结论，笔者认为应按以下思路实施划，（1）确定椎弓根最佳进钉方向，（2）利用投影的方法获得，，（3）拟合椎弓根最大内轮廓的最大内接圆，（4）获得椎弓根5）结合标准接骨螺钉直径确定置钉通道的大小、方向和进钉以 C2 枢椎为例，综合最小二乘理论基本原理以及各 CAD 软现了椎弓根置钉通道方向的修正，进而获得了椎弓根最大安一种新的规划椎弓根最大置钉通道的技术路线，为快速规划安道扫除了技术障碍。具体流程如下图 2.2 所示：
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH77

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