RU2846241C1

RU2846241C1 - Individual surgical template for formation of bone canals in vertebral body for insertion of transpedicular screws

Info

Publication number: RU2846241C1
Application number: RU2024118692A
Authority: RU
Inventors: Вахтанг Гамлетович Тория; Сергей Валентинович Виссарионов
Filing date: 2024-07-01
Publication date: 2025-09-02

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, namely to an individual surgical template for forming bone canals in a vertebral body for inserting transpedicular screws. Individual surgical template for the formation of bone canals in the vertebral body for the insertion of transpedicular screws comprises a monolithic rigid frame from biocompatible plastic, made on 3D printer based on data of computed tomography of the spine using additive technologies, provided with a support platform that follows the contours of the posterior structures of the vertebra, guide tubes for forming canals in the vertebral body aligned with the trajectory of the transpedicular screws. Frame comprises cutouts for visual control of template position, one of which is located at the level of the apex of the spinous process, and the other two cuts are located in the projection of the facet joints.

EFFECT: use of the invention provides an increase in the effectiveness of treatment by forming a channel in the vertebral body for the introduction of a transpedicular screw, exactly corresponding to the preoperative planned trajectory, the possibility of visual inspection of the correctness of the position and tightness of the template to the vertebra, reducing the number of injuries accompanying the surgical intervention and reducing the length of the surgical intervention.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам для спинальной хирургии, и может быть использовано в качестве индивидуального направителя для формирования костных каналов в теле позвонка для введения транспедикулярных винтов, при лечении патологий позвоночника.The invention relates to the field of medicine, namely to devices for spinal surgery, and can be used as an individual guide for forming bone canals in the vertebral body for inserting transpedicular screws in the treatment of spinal pathologies.

Предлагаемое изделие направлено на устранение недостатков известных аналогов. Оно представляет собой индивидуальный хирургический шаблон с каркасом, снабженный опорной площадкой, которая повторяет контур задних структур позвонка (дуги, остистого отростка, фасеточных суставов), тубусами-направителями, каркас имеет вырезки для визуального контроля: одну на уровне вершины остистого отростка и две вырезки в проекции фасеточных суставов. Такая конструкция обеспечивает надежную фиксацию к задним структурам позвонка с помощью опорной площадки, предотвращая смещение шаблона в различных плоскостях, при этом вырезки позволяют визуально оценить корректность позиционирования шаблона направителя и степень прилегания к дорсальным структурам позвонка, что увеличивает точность и безопасность хирургического вмешательства. По тубусам-направителям осуществляется формирование каналов для введения транспедикулярных винтов, таким образом шаблон-направитель с вырезками для обеспечивает высокую точность при формировании каналов в теле позвонка, снижение травматичности и уменьшение времени хирургического вмешательства на позвоночнике.The proposed product is aimed at eliminating the shortcomings of known analogues. It is an individual surgical template with a frame, equipped with a support platform that follows the contour of the posterior structures of the vertebra (arch, spinous process, facet joints), guide tubes, the frame has cutouts for visual control: one at the level of the apex of the spinous process and two cutouts in the projection of the facet joints. This design ensures reliable fixation to the posterior structures of the vertebra using a support platform, preventing the template from shifting in different planes, while the cutouts allow you to visually assess the correctness of the positioning of the guide template and the degree of adherence to the dorsal structures of the vertebra, which increases the accuracy and safety of surgical intervention. Channels for the introduction of transpedicular screws are formed along the guide tubes, thus the guide template with cutouts ensures high accuracy in the formation of channels in the vertebral body, reduced trauma and reduced time of surgical intervention on the spine.

Известен индивидуальный направитель для формирования каналов для имплантации транспедикулярных винтов в позвонок, созданный с помощью аддитивных технологий в виде цельной 3D смоделированной конструкции, содержащий каркас, соединяющий три опорных элемента, повторяющих рельеф планируемых зон сопоставления с позвонком, а именно: на пластинке у основания верхнего суставного отростка с обеих сторон и на вершине остистых отростков. Изделие оснащено двумя полыми металлическими трубками направителями, созданными по запланированной траектории введения транспедикулярных винтов, определяемыми на этапе проектирования индивидуального направителя (U. Tominc et al. Personalized guiding templates for pedicle screw placement, 10.1109/MIPRO.2014.6859570). Однако недостатком конструкции является неприменимость ее при сложной, измененной анатомии, а также у детей, когда при позиционировании шаблона может возникать его смещение или формирование нескольких различных стабильных положений, затрудняющих корректное позиционирование шаблона-направителя, и отсутствие возможности визуального контроля корректности положения и плотности прилегания шаблона к позвонку.A personalized guide for forming channels for implanting transpedicular screws into a vertebra is known, created using additive technologies in the form of a solid 3D modeled structure, containing a frame connecting three support elements repeating the relief of the planned zones of comparison with the vertebra, namely: on the plate at the base of the superior articular process on both sides and at the top of the spinous processes. The product is equipped with two hollow metal guide tubes created along the planned trajectory of insertion of transpedicular screws, determined at the stage of designing the personalized guide (U. Tominc et al. Personalized guiding templates for pedicle screw placement, 10.1109/MIPRO.2014.6859570). However, the disadvantage of the design is its inapplicability to complex, altered anatomy, as well as to children, when the template positioning may result in its displacement or the formation of several different stable positions, which complicate the correct positioning of the guide template, and the lack of the ability to visually control the correctness of the position and the tightness of the template to the vertebra.

Задача изобретения - повышение эффективности лечения пациентов с патологиями позвоночника путем транспедикулярной фиксации с максимально точным позиционированием транспедикулярных винтов с использованием индивидуального хирургического шаблона с вырезками для визуального контроля.The objective of the invention is to increase the effectiveness of treatment of patients with spinal pathologies by transpedicular fixation with the most accurate positioning of transpedicular screws using an individual surgical template with cutouts for visual control.

Технический результат изобретения достигается за счет создания и изготовления индивидуального шаблона с рентген-контрастными метками для формирования костных каналов в теле позвонка для введения транспедикулярных винтов, повышения надежности позиционирования шаблона, исключения возможности его смещения, возможности визуального контроля корректности положения и плотности прилегания шаблона, сохранения планируемой траектории имплантации транспедикулярного винта, снижения риска мальпозиции винта и повреждения окружающих анатомических структур, снижения травматичности и сокращения времени хирургического вмешательства.The technical result of the invention is achieved by creating and manufacturing an individual template with radio-contrast marks for forming bone channels in the vertebral body for inserting transpedicular screws, increasing the reliability of the template positioning, eliminating the possibility of its displacement, the possibility of visual control of the correctness of the position and tightness of the template fit, maintaining the planned trajectory of implantation of the transpedicular screw, reducing the risk of screw malposition and damage to surrounding anatomical structures, reducing trauma and reducing the time of surgical intervention.

Технический результат достигается в индивидуальном хирургическом шаблоне с для формирования костных каналов в теле позвонка для введения транспедикулярных винтов при двустороннем доступе у пациентов с различными патологиями позвоночника, создаваемом на основании данных предоперационного обследования в объеме компьютерной томографии позвоночника и изготавливаемом с использованием аддитивных технологий. Индивидуальный хирургический шаблон направитель, характеризуется тем, что он имеет жесткий пластиковый каркас, изготовленный при помощи печати на 3D-принтере. Изделие имеет опорную площадку, точно повторяющую контуры задних структур позвонков, тубусы-направители в виде полых цилиндров, размещенных в каркасе соосно планируемой траектории введения транспедикулярных винтов, вырезки для визуального контроля позиционирования и плотности прилегания шаблона.The technical result is achieved in an individual surgical template for forming bone channels in the vertebral body for inserting transpedicular screws with bilateral access in patients with various spinal pathologies, created on the basis of preoperative examination data in the volume of computed tomography of the spine and manufactured using additive technologies. The individual surgical guide template is characterized by the fact that it has a rigid plastic frame manufactured using 3D printing. The product has a support platform that accurately repeats the contours of the posterior structures of the vertebrae, guide tubes in the form of hollow cylinders placed in the frame coaxially planned trajectory of insertion of transpedicular screws, cutouts for visual control of positioning and tightness of the template fit.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен индивидуальный шаблон для формирования костных каналов в теле позвонка для введения транспедикулярных винтов, вид сверху и снизу соответственно, где: поз. 1 - каркас; поз. 2 - тубусы-направители; поз. 3 - вырезки для визуального контроля, поз. 4 - опорная площадка.Fig. 1 and Fig. 2 show an individual template for forming bone channels in the vertebral body for inserting transpedicular screws, top and bottom views, respectively, where: pos. 1 - frame; pos. 2 - guide tubes; pos. 3 - notches for visual control, pos. 4 - support platform.

Индивидуальный хирургический шаблон для формирования костных каналов в теле позвонка для введения транспедикулярных винтов используется следующим образом.A custom surgical template for creating bone channels in the vertebral body for insertion of transpedicular screws is used as follows.

На этапе предоперационного планирования выполняется компьютерная томография позвоночника пациента, данные которой импортируются в компьютерную программу для получения объемного изображения в формате 3D. Далее на полученном объемном изображении позвоночника планируется траектория введения транспедикулярных винтов. После формирования оптимальной траектории в компьютерной программе виртуально изготавливается каркас, снабженный опорной площадкой, повторяющей контур остистого отростка, фасеточных суставов и дуги позвонка, далее формируется расположение тубуса-направителя в каркасе шаблона направителя соосно планируемой траектории формирования канала для введения транспедикулярного винта. В каркасе также формируются вырезки для визуального контроля: одна на уровне вершины остистого отростка и две вырезки в проекции фасеточных суставов.At the preoperative planning stage, a computed tomography scan of the patient's spine is performed, the data from which are imported into a computer program to obtain a volumetric image in 3D format. Then, on the obtained volumetric image of the spine, the trajectory of the insertion of transpedicular screws is planned. After the optimal trajectory is formed in the computer program, a frame is virtually manufactured, equipped with a support platform repeating the contour of the spinous process, facet joints and vertebral arch, then the location of the guide tube in the frame of the guide template is formed coaxially with the planned trajectory of the formation of the channel for insertion of the transpedicular screw. Notches for visual control are also formed in the frame: one at the level of the apex of the spinous process and two notches in the projection of the facet joints.

Индивидуальный хирургический шаблон печатается на 3D-принтере с использованием аддитивных технологий из биосовместимого материала (жесткий пластик), который подвергается стерилизации.The individual surgical template is printed on a 3D printer using additive technologies from a biocompatible material (rigid plastic), which is sterilized.

Индивидуальный хирургический шаблон используют следующим образом. Во время операции, после скелетирования задних структур позвонка выполняется аппликация индивидуального хирургического шаблона к позвонку так, чтобы опорная площадка (поз. 4) точно соответствовала рельефу анатомических структур, далее через вырезки для визуального контроля (поз. 3) проводится визуальная оценка корректности положения и степень прилегания шаблона-направителя. Убедившись в плотном сопоставлении направителя с костными структурами, через тубусы-направители (поз.2), расположенные в каркасе шаблона (поз. 1), высокооборотистой дрелью выполняют формирование каналов для введения транспедикулярных винтов в тело позвонка.The individual surgical template is used as follows. During the operation, after skeletonization of the posterior structures of the vertebra, the individual surgical template is applied to the vertebra so that the support platform (pos. 4) exactly matches the relief of the anatomical structures, then through the cutouts for visual control (pos. 3) a visual assessment of the correctness of the position and the degree of fit of the guide template is carried out. Having made sure that the guide is tightly aligned with the bone structures, through the guide tubes (pos. 2) located in the template frame (pos. 1), a high-speed drill is used to form channels for the introduction of transpedicular screws into the vertebral body.

Затем индивидуальный хирургический шаблон-направитель с вырезками для визуального контроля извлекают из операционного ложа, и по сформированным траекториям вводят транспедикулярные винты.Then, the individual surgical guide template with notches for visual control is removed from the surgical bed, and transpedicular screws are inserted along the formed trajectories.

Разработанный индивидуальный хирургический шаблон с вырезками для был применен в ходе хирургического лечения трех пациентов с различной патологией позвоночника.The developed individual surgical template with cutouts was used during surgical treatment of three patients with various spinal pathologies.

Положительный результат предлагаемого технического решения заключается в повышении эффективности лечения путем формирования канала в теле позвонка для введения транспедикулярного винта, точно соответствующего предоперационно планируемой траектории, возможности визуального контроля корректности положения и плотности прилегания шаблона к позвонку, уменьшении травматичности хирургического вмешательства и сокращении времени хирургического вмешательства.The positive result of the proposed technical solution consists in increasing the effectiveness of treatment by forming a channel in the vertebral body for inserting a transpedicular screw that precisely corresponds to the preoperatively planned trajectory, the ability to visually control the correctness of the position and the density of the template to the vertebra, reducing the trauma of surgical intervention and reducing the time of surgical intervention.

Claims

An individual surgical template for forming bone canals in the vertebral body for inserting transpedicular screws, comprising a monolithic rigid frame made of biocompatible plastic, made on a 3D printer based on spinal computed tomography data using additive technologies, equipped with a support platform repeating the contours of the posterior structures of the vertebra, guide tubes for forming canals in the vertebral body, located coaxially with the trajectory of inserting transpedicular screws, characterized in that the frame contains cutouts for visual control of the template position, one of which is located at the level of the apex of the spinous process, and the other two cutouts are located in the projection of the facet joints.