一种经皮微创建立骨通道使用的环锯系统及构建方法

技术领域

本发明涉及骨科微创手术领域，尤其涉及一种经皮微创建立骨通道使用的环锯系统及构建方法。

背景技术

在前路经椎体颈椎间盘切除术、经椎间孔椎间盘切除术、骨组织活检等多种经皮微创骨科手术中，骨通道的建立是其中最为关键一环，但由于微创下不能直视骨组织，经皮微创准确建立骨通道一直是困扰骨科医生的难题。在骨通道建立过程中，对于较短的骨通道，使用高速磨钻就能满足骨通道建立的准确性；而在建立较长的骨通道时，利用高速磨钻建立骨通道极易发生通道靶点方向的偏离。我们在C臂的指导下率先利用环锯在颈椎内进行了长距骨通道建立的尝试，并取得了较好的临床效果。虽在X光的透视下环锯建立骨通道的准确性得到了大幅度的提高，但这却是以医护人员承受大量的辐射下同时花费大量时间为代价换来的，同时对于临床经验不足的医生在构建骨通道时偏离靶点的风险仍然存在。

计算机辅助导航技术是空间定位技术与图像融合技术的集合，导航仪通过对手术器械上导航示踪器的光学信号进行捕捉，从而实现对手术器械空间位置进行实时追踪。结合图像融合技术，导航仪主机可自动将患者三维影像数据与术中器械运动轨迹进行重叠，以患者组织三维截面影像为背景显示手术器械在患者体内的运动轨迹，实现手术器械在体内的可视化操作。在融合后的影像数据的指导下，医生就能对不可见的组织深部的器械的行进方向与深度进行精准把握。但环锯在建立骨通道的过程中，目前使用X光进行透视会对患者和医护人员造成大量的辐射，此外，导航示踪器安装在环锯上会随着环锯转动，而导航示踪器发生转动后会引起导航仪对其光学信号捕捉的中断，进而会影响导航的精准性。

发明内容

本发明提供了一种经皮微创建立骨通道使用的环锯系统及构建方法，解决上述问题。

一种经皮微创建立骨通道使用的环锯系统，包括：用于空间位置追踪的导航示踪器、用于穿刺定位的穿刺导针、用于切割骨组织的环锯、用于连接导航示踪器与环锯的示踪器连接件以及用于撑开软组织的撑开器和隔离软组织的套管；

环锯上设置有外螺纹，示踪器连接件连接在外螺纹上；

示踪器连接件包括内层管与外层管，外层管套设在内层管的外侧且可自由旋转，内层管设置在环锯的外侧；

患者手术部位安装有患者示踪器，导航示踪器和患者示踪器分别与导航仪信号接收器通信连接，导航仪信号接收器与计算机辅助导航仪主机通信连接；计算机辅助导航仪主机还连接有C形臂机，C形臂机设置在患者手术上方。

进一步地，上述撑开器包括一级撑开管与二级撑开管，二级撑开管设置在一级撑开管的外部，且二级撑开管的内径不小于一级撑开管的外径。

进一步地，上述一级撑开管的端部为尖锥形。

进一步地，上述套管的头部设置为斜截面，尾部安装有调节手柄，套管的内径不小于二级撑开管的外径。

进一步地，上述内层管的两端外壁上分别设置有下螺纹和上螺纹，下螺纹通过第一螺母与环锯连接，上螺纹处通过第二螺母限位外层管。

进一步地，上述内层管上设置有卡齿，卡齿为锥形结构，锥形结构的小直径一端与下螺纹相接，锥形结构的大直径一端与外层管相接。

进一步地，上述第一螺母的内部孔包括平直段与为变径段，其内螺纹设置在平直段，变径段的直径大于平直段且与卡齿相接。

进一步地，上述环锯的一端为锯齿，另一端为旋转手柄，导航示踪器连接在外层管上。

进一步地，上述环锯插接在套管与一级撑开管之间的间隙中，且环锯的锯齿延伸至套管的外部。

一种经皮微创骨通道的构建方法，基于上述的环锯系统，包括以下步骤：

S1：将外层管组装至内层管外部并限位，将组装好的示踪器连接件连接在环锯的外螺纹处，然后将导航示踪器安装至外层管上；

S2：将术前获取的患者手术部位三维影像学数据传输到计算机辅助导航仪主机中，进行影像学资料的三维重建；

S3：在患者手术部位附近安装患者示踪器与映射环，用于追踪术中患者空间位置信息，然后在患者手术上方布设C形臂机进行透视，利用C形臂机收集患者术中姿态信息，并将信息传输至计算机辅助导航仪主机；

S4：利用计算机辅助导航仪主机处理术中姿态信息与术前三维影像数据，使术前三维影像资料与患者术中姿态进行匹配；

S5：将安装有导航示踪器的环锯进行注册，使导航示踪器实时监控环锯的空间位置；

S6：确定穿刺导针的定位点，在计算机辅助导航仪主机操作面板中对通道靶点与环锯的行进轨迹进行规划；

S7：插入穿刺导针并锚定到骨组织表面定位点，随后沿着穿刺导针依次利用一级撑开管与二级撑开管将软组织撑开；

S8：在二级撑开管外插入套管，取下二级撑开管，随后在一级撑开管与套管的间隙插入环锯；

S9：在导航示踪器与计算机辅助导航仪主机的监测辅助下按预定的行进轨迹使用环锯建立骨通道。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将环锯与计算机辅助导航技术相结合，实现了骨通道建立时环锯的轨迹可视化和可动态调整，确保环锯行进路径与规划路径的一致性，确保精准建立骨通道。

(2)本发明的环锯系统与计算机辅助导航仪主机、患者示踪器、C形臂机通信连接，在手术前就可对骨通道构建进行预设规划，有利于减少术中的误差操作；同时在术中可根据实时反馈的影像对环锯的行进角度和深度及时调整，有利于精准化地构建骨通道，避免对骨组织造成不必要的损伤。

(3)本发明的环锯进行了注册并通过导航示踪器实时捕捉其动态，实现了经皮微创下骨通道可视化构建，避免了现有手术过程中需频繁使用X光透视造成的危害，既缩短了手术时间，又降低了患者和医护人员所遭受的辐射。

(4)本发明的导航示踪器安装在外层管上，外层管可相对于环锯进行灵活的旋转，因此在术中环锯转动时导航示踪器可固定不动，导航示踪器可持续对环锯的姿态、位置进行监测，有利于信息传输的完整性和精确性，进而提高骨通道建立的流畅性和准确性。

附图说明

图1为本发明环锯系统的结构爆炸图；

图2为本发明环锯系统的结构装配示意图；

图3为本发明环锯系统装配完成后的示意图；

图4为本发明中示踪器连接件的剖面结构示意图；

图5为本发明环锯系统与示踪器、导航仪通信连接的示意图；

图6为运用本发明环锯系统构建骨通道的流程示意图。

图中：1-穿刺导针；2-撑开器；21-一级撑开管；22-二级撑开管；3-套管；31-斜截面；32-调节手柄；4-环锯；41-锯齿；42-外螺纹；43-旋转手柄；5-示踪器连接件；51-内层管；511-下螺纹；512-上螺纹；513-卡齿；52-外层管；53-第一螺母；54-第二螺母；6-导航示踪器；7-患者示踪器；8-C形臂机；9-计算机辅助导航仪主机；10-导航仪信号接收器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

参考图1至图3，本发明提供了一种经皮微创建立骨通道使用的环锯系统，包括：穿刺导针1、撑开器2、套管3、环锯4、示踪器连接件5和导航示踪器6。穿刺导针1用于手术开始时的穿刺定位，以确定手术部位；撑开器2与套管3用于手术时撑开软组织，露出骨组织，便于可视化操作；环锯4用于切割骨组织，形成骨通道；示踪器连接件5安装在环锯4上，并用于为导航示踪器6提供安装位置；导航示踪器6用于实时监测环锯4的位置和姿态。

穿刺导针1为一根细长的圆形针，插入骨组织中，也起到引导撑开器2撑开软组织的作用。

撑开器2包括一级撑开管21与二级撑开管22，一级撑开管21与二级撑开管22均为中空直管状结构，二级撑开管22设置在一级撑开管21的外部，且二级撑开管22的内径不小于一级撑开管21的外径，便于二级撑开管22在一级撑开管21的外部滑动。一级撑开管21用于初步撑开软组织，并在骨通道建立开始时从内部对环锯4进行支撑，防止环锯4尖端偏离穿刺靶点，一级撑开管21的端部为尖锥形，可以省力地刺入软组织；二级撑开管22进一步撑开软组织，扩大可视范围，并为环锯4的安装提供空间条件。

套管3为中空管状结构，套管3在使用时套设在二级撑开管22的外部，因此套管3的内径不小于二级撑开管22的外径。套管3的头部设置为斜截面31，能使套管3更容易插向组织深部，套管3的尾部安装有调节手柄32，用于调整套管3的方向。

环锯4为中空管状结构，其前端设置为锯齿41，用于切割骨组织，其后端连接有旋转手柄43，用于转动环锯4，为切割骨组织提供动力。环锯4插接在套管3与一级撑开管21之间的间隙中且环锯4的锯齿41延伸至套管3的外部。

环锯4的外壁上开设有一段外螺纹42，通过该外螺纹42连接示踪器连接件5，进而在示踪器连接件5安装导航示踪器6。

参考图4，示踪器连接件5包括内层管51与外层管52，内层管51与外层管52均为中空管，外层管52套设在内层管51的外侧且可旋转，内层管51与环锯4上的外螺纹42螺纹连接。

内层管51的两端外壁上分别设置有下螺纹511和上螺纹512，下螺511通过第一螺母53与环锯4连接，上螺纹512处通过第二螺母54构成螺纹连接限位外层管52，使外层管52仅能旋转而不可轴向移动；导航示踪器6连接在外层管52上。

内层管51的外壁上设置有卡齿513，卡齿513为锥形结构，锥形结构的小直径一端与下螺纹511相接，锥形面的大直径一端与外层管52相接。

第一螺母53的内部孔包括平直段与为变径段，其内螺纹设置在平直段，变径段的直径大于平直段，便于与锥形结构的卡齿513相接。

参考图5，在运用该环锯系统时，在患者手术部位安装患者示踪器7，导航示踪器6和患者示踪器7通过无线传输信号的方式分别与导航仪信号接收器10通信连接，导航仪信号接收器10与计算机辅助导航仪主机9通信连接，计算机辅助导航仪主机9还连接有C形臂机8；患者示踪器7采集患者位置信息，导航示踪器6采集环锯4的动态信息，经过导航仪信号接收器10解码处理信息后将信息传输至计算机辅助导航仪主机9，C形臂机8设置在患者手术上方，用于提供透视功能，医生可通过计算机辅助导航仪主机9的显示界面查看环锯4的位置和姿态，实现可视化操作。

参考图6，在建立骨通道前需建立软组织通道，首先将穿刺导针1插入软组织当中并固定于骨组织之上，即图6中的A图所示；然后将一级撑开管21沿穿刺导针1插入，将皮肤到骨组织表面的软组织撑开，即图6中的B图所示；随后插入二级撑开管22，即图6中的C图所示；将套管3沿二级撑开管22外壁插入软组织中，用于隔离血管、神经等重要软组织，并取出二级撑开管22，即图6中的D、E图所示；将带有导航示踪器6的环锯4插入一级撑开管21与套管3之间的间隙，即图6中的F图所示；在计算机辅助导航仪主机9的辅助下，转动套管3的调节手柄32，调节套管3下方的斜截面31开口至合适的方向；在术前规划的指导下，转动旋转手柄43，使锯齿41切割骨组织，构建骨通道；当环锯4依据规划轨迹到达预定靶点后，停止转动，并轻摇环锯4，取出骨通道处的中心骨条，完成骨通道的建立。骨通道建立过程中，保持导航示踪器6对准导航仪信号接收器10，确保计算机辅助导航仪主机9持续对环锯4的动态进行捕捉。

实施例二

一种经皮微创骨通道的构建方法，基于实施例一所述的环锯系统，包括以下步骤：

S1：将外层管52组装至内层管51外部并限位，将组装好的示踪器连接件5连接在环锯4的外螺纹42处，然后将导航示踪器6安装至外层管52上；

S2：将术前获取的患者手术部位三维影像学数据传输到计算机辅助导航仪主机9中，进行影像学资料的三维重建；

S3：在患者手术部位附近安装患者示踪器7与映射环，用于追踪术中患者空间位置信息，然后在患者手术上方布设C形臂机8进行透视，利用C形臂机8收集患者术中姿态信息，并将信息传输至计算机辅助导航仪主机9；

S4：利用计算机辅助导航仪主机9处理术中姿态信息与术前三维影像数据，使术前三维影像资料与患者术中姿态进行匹配；

S5：将安装有导航示踪器6的环锯4进行注册，使导航示踪器6实时监控环锯4的空间位置；

S6：确定穿刺导针1的定位点，在计算机辅助导航仪主机9操作面板中对通道靶点与环锯4的行进轨迹进行规划；

S7：插入穿刺导针1并锚定到骨组织表面定位点，随后沿着穿刺导针1依次利用一级撑开管21与二级撑开管22将软组织撑开；

S8：在二级撑开管22外插入套管3，取下二级撑开管22，随后在一级撑开管21与套管3的间隙插入环锯4；

S9：在导航示踪器6与计算机辅助导航仪主机9的监测辅助下按预定的行进轨迹使用环锯4建立骨通道。

本发明将环锯4与计算机辅助导航技术相结合，实现了骨通道建立时环锯4的轨迹可视化和可动态调整，确保环锯4行进路径与规划路径的一致性，确保精准建立骨通道。

此外，本发明中的“注册”是医用专业名称：通俗而言就是运用导航技术使某一手术工具轮廓以及其在空间中的运动轨迹呈现在导航系统的显示器上，使医生能对其空间位置进行实时动态追踪。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。