[发明专利]一种用于椎弓根螺钉植入的术中导航系统

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械领域，涉及一种骨科手术椎弓根螺钉植入的术中导航系统，具体涉及一种用于椎弓根螺钉植入的近红外、电磁定位与CT影像联合术中导航系统及其工作方法。

背景技术

以椎弓根螺钉（Pedicle Screw,PS）植入为基础的脊柱内固定手术，是用经椎弓根螺钉构成的棍棒式内固定方法稳定脊椎结构，以促进病变节段融合康复，具有效果好、周期短、见效快等优点，临床上已被广泛用于治疗脊柱畸形、脊柱创伤、脊椎滑脱和各种椎间盘退行性疾病。手术需要在椎体上确定理想的植入点、植入方向和植入深度，螺钉植入位置不佳和误植入已是阻碍椎弓根螺钉内固定技术进一步发展的主要原因，而螺钉植入通道的偏差又是造成植入位置不佳和误植的主要因素。

为了提高椎弓根螺钉植入的准确率，各国学者对螺钉植入的监测方法和导航技术展开了深入的研究，取得了较快的发展，其主要的监测手段包括：X射线成像、术中诱发电位、计算机辅助导航、组织电导率、近红外定位导航等。X射线可做正、侧位或其他位置投照，但不能做横断成像，同时椎弓根前后解剖结构存在遮挡。术中诱发电位法，如果已监测到肌电图变化，神经损伤可能已经发生，该技术也无法进行术中连续监测，同时无法直观地了解PS的方向和位置。而脊柱外科手术导航系统价格昂贵，操作复杂，注册系统要求定位精确，一旦定位后就不能移动，否则将严重影响椎弓根钉置入准确性。应用CT需在术前采集图像而术中进行匹配，无法得到完全的实时性。组织电导率只能获得即将穿破处的信息，不能判断螺钉与椎体和椎弓根的空间关系，同时穿刺路径上椎骨组织的电导率差别较小。近红外定位导航可以实时获得椎骨组织针道上的光学参数，但无法获得螺钉的空间位置、方向、植入深度等信息。

通过以上分析，目前并没有一种行之有效的用于椎弓根螺钉植入的监测系统，有待进一步完善。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于椎弓根螺钉植入的术中导航系统，其操作简单、实时有效，可在术中实时监测椎弓根螺钉植入的位置、方向和深度，并在螺钉偏植或到达边界前进行预警。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于椎弓根螺钉植入的术中导航系统，包括多功能钻头、近红外参数采集装置、电磁定位装置和计算机，其中，电磁定位装置包括磁场发生器和电磁定位仪，二者通过电缆连接，而所述电磁定位仪还通过电缆连接计算机；所述多功能钻头包括螺纹套管、接收光纤、发射光纤、电磁定位线圈、内部不锈钢管、外部不锈钢管和手柄，其中，外部不锈钢管为中空结构，其一端紧密连接有螺纹套管，另一端螺纹连接手柄；所述外部不锈钢管套合在内部不锈钢管的外部；所述内部不锈钢管的中心为圆形通孔，接收光纤、发射光纤和电磁定位线圈平行紧密设于所述通孔中，且所述电磁定位线圈通过串行电缆连接电磁定位装置中的电磁定位仪；所述近红外参数采集装置包括机盒及设于机盒内部的电源、光源、光谱仪，所述机盒的外部分别设有电源开关、光源开关、光源输出接口、光源输入接口和USB接口，其中，电源为内部各模块供电，并由电源开关控制其启闭；光源经由光源输出接口连接发射光纤，且该光源由光源开关控制其启闭；光谱仪经由光源输入接口连接接收光纤；USB接口通过USB数据线连接计算机，用以交换数据。

上述多功能钻头还包括光纤电缆输出端口，所述光纤电缆输出端口设于内部不锈钢管与螺纹套管相对的一端，所述接收光纤、发射光纤和电磁定位线圈均穿过该光纤电缆输出端口后再与外部设备连接。

采用上述方案后，本发明将近红外、电磁定位和CT影像技术三者相结合，达到术中实时导航和监测椎弓根螺钉植入过程并预警的目的。采用近红外光谱技术实时获得椎骨相关联组织参数，采用电磁定位方法实时获得多功能钻头空间位置、角度信息，利用转换模型将术前CT影像数据转换为近红外参数，从而将术中的实时参数和术前的参数进行联合，达到实时导航的目的，同时完成了导航过程的预警。本发明实施简单，操作灵活，手术时无需大型的手术设备，便于临床应用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中多功能钻头的结构示意图；

图3是本发明的实施流程图；

图4是本发明对脊椎骨进行重建后的三维模型；

图5是本发明手术注册示意图；

图6是本发明椎骨边界示意图；

图7（a）是本发明植钉路径上CT值曲线图；

图7（b）是本发明植钉路径上近红外光学参数曲线图；

图8是本发明在椎弓根上进行植钉和预警的示意图。

具体实施方式