3D生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置的制作方法

本发明属于教学器材技术领域，具体涉及一种3d生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置。

背景技术：

颈椎骨折脱位是严重的脊柱创伤，由于外伤导致颈椎前后方完全损伤导致严重的不稳定，临床上需要前后路联合固定颈椎，前路固定的方法较为固定和统一，颈椎后方由于颈椎椎弓根平均直径远远小于胸椎及腰椎，且椎弓根外侧存在椎动脉，内侧毗邻脊髓，存在极大的植钉风险和难度，因此临床上往往选择较为安全的侧块螺钉固定。

当颈椎侧块因外伤导致骨折及破损，或植入侧块螺钉导致侧块骨折，此时只能选择颈椎椎弓根进行椎弓根螺钉固定，但颈椎椎弓根外侧存在椎动脉，内侧毗邻脊髓，尤其是颈3-颈5椎弓根，往往直径小于4.5mm，临床上进行颈椎弓根螺钉植钉时，往往需要切开椎板，探查椎弓根内壁后，用磨钻磨进椎弓根后植钉，或用磨钻小心进入，用探子探查内壁、外壁的完整性，边探查边磨入，均靠自我经验及手感体会，因此医学学生在平时的教学实验中，需要利用颈椎模型进行模拟的椎弓根螺钉植入实验。在进行实验时，学生很容易将椎弓根螺钉钉偏，造成椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧，导致实验失败。

但是现在的教学中，没有专门的颈椎椎弓根螺钉植入实验器材，当学生出现失误，将椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧时，不能及时地被发现，导致学生不能及时纠正错误，影响实验质量。

其次，当前市面上椎弓根螺钉植入教具多为树脂材料，缺乏各种软组织结构、水分等组成部分，导致和真实组织相比过于硬和脆，使螺钉植入过程中缺乏真实手感，不利于学生积累徒手植钉经验。

技术实现要素：

本发明目的是：旨在提供一种3d生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置，提高颈椎椎弓根螺钉植入过程的真实性手感，当学生出现失误，将椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧时，能够及时地被发现，帮助学生及时纠正错误，提高实验质量。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3d生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置，包括底板，所述底板中部连接有软垫，所述软垫中部开设有凹槽，所述凹槽内安装有气嘴，所述气嘴连接有气球，所述底板前端中部安装有充气机构，所述充气机构与气嘴连通，所述底板上安装有三个夹紧机构，其中一个夹紧机构位于底板后端，另外两个夹紧机构位于底板前端且呈左右对称布置，所述夹紧机构又包括安装板，所述安装板中部螺纹连接有螺杆，所述螺杆上连接有调节螺母，所述调节螺母紧靠安装板的外侧壁，所述螺杆前端连接有软夹块，所述软夹块连接有两个导杆，所述安装板上开设有两个导向孔，所述两个导杆分别滑动连接在两个导向孔内。

进一步限定，所述充气机构又包括气管，所述气管连接在底板前端的中部，所述气管与气嘴连通，所述气管上连接有进气单向阀和出气单向阀，所述进气单向阀和出气单向阀之间连接有气囊。通过不断地挤压气囊，即可对气球进行充气，操作简单方便。

进一步限定，所述气嘴与出气单向阀之间的气管上还连接有排气阀。如果实验时没有将气球刺破，实验结束后，可通过排气阀将气球内的空气排出，再将颈椎模型取下。

进一步限定，所述底板后端的夹紧机构中的软夹块的侧壁为弧形结构。这样能够更加贴合椎体的外壁，夹紧效果更好。

进一步限定，所述软垫为海绵垫，这样具有价格便宜、柔软性好等优点。

进一步限定，所述气球与气嘴的连接处还安装有喉箍。喉箍能够将气球紧紧地固定连接在气嘴上，防止气球脱落。

本发明的工作原理为：实验前，先将颈椎模型放在软垫上，然后分别转动三个夹紧机构的调节螺母，使得螺杆带动软夹块向前移动，最终后端的夹紧机构的软夹块夹在颈椎模型的椎体外侧，前端两个夹紧机构的软夹块夹在颈椎模型的椎板外侧，从而将颈椎模型夹紧；然后挤压气囊，气囊内的空气通过出气单向阀和气管后，从气嘴吹出，对气球进行充气；松开气囊，外界空气通过进气单向阀进入气囊内，对气囊内的空气进行补充；通过不断地挤压气囊，实现对气球充气的目的；当气球膨胀到填满颈椎模型中部的空腔后，停止充气；实验时，学生将椎弓根螺钉植入颈椎模型中，如果学生出现失误，将椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧时，椎弓根螺钉将气球刺破，气球发生爆炸，即可及时提醒学生操作错误，帮助学生及时纠错。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的主视结构示意图；

图3为本发明实施例的左视结构示意图；

图4为本发明实施例使用时的结构示意图；

主要元件符号说明如下：

底板1、软垫11、凹槽12、气嘴13、气管14、出气单向阀15、进气单向阀16、气囊17、安装板21、螺杆22、导杆23、软夹块24、调节螺母25、颈椎模型3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1到图4所示，本发明的3d生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置，包括底板1，由于颈椎模型3的表面为凹凸不平的结构，在放置颈椎模型3时，为了防止颈椎模型3倾倒，在底板1中部连接海绵材料制成的软垫11，将颈椎模型3放在软垫11上时，软垫11与颈椎模型3的底部完全贴合，可以保证颈椎模型3较为垂直地放置在底板1上。

实验前，首先ct扫描真实人体颈椎数据，软件建模并设计打印路径；然后采用羟基磷灰石和聚乙烯醇作为打印原料，其中羟基磷灰石是骨骼中主要矿物质结构，聚乙烯醇在富含水分时是一种硬度和柔韧度与真实组织接近的黏合剂。打印完成后备用。

实验时，为了在学生出现失误，将椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧时，能够及时地被发现，在颈椎模型3中部的空腔内安放有气球，如果学生椎弓根螺钉刺入椎弓根内侧时，椎弓根螺钉将气球刺破，气球发生爆炸，即可及时提醒学生操作错误，帮助学生及时纠错。

为了方便气球的连接，在软垫11中部开设有凹槽12，凹槽12内安装有气嘴13，气球连接在气嘴13上。在本实施例中，为了增强气球与气嘴13连接的稳固性，气球与气嘴13的连接处还安装有喉箍。喉箍能够将气球紧紧地固定连接在气嘴13上，防止气球脱落。

在上述实施例中，为了方便给气球充气，底板1前端中部安装有充气机构，充气机构又包括气管14，气管14由硬质材料制成，气管14连接在底板1前端的中部，气管14通过软管与气嘴13连通，软管可以布置在底板1的底部凹槽内，或者从软垫11内穿过，气管14上连接有进气单向阀16和出气单向阀15，进气单向阀16和出气单向阀15之间连接有气囊17。对气球充气时，挤压气囊17，气囊17内的空气通过出气单向阀15和气管14后，从气嘴13吹出，对气球进行充气；松开气囊17，外界空气通过进气单向阀16进入气囊17内，对气囊17内的空气进行补充；通过不断地挤压气囊17，实现对气球充气的目的。

在实验结束后，如果气球没有被刺破，为了方便将颈椎模型3取下，气嘴13与出气单向阀15之间的气管14上还连接有排气阀（图中未画出）。实验成功后，可通过排气阀将气球内的空气排出，再将颈椎模型3取下。

实验时，为了方便操作，需要将颈椎模型3进行固定，所以在底板1上安装有三个夹紧机构，其中一个夹紧机构位于底板1后端，另外两个夹紧机构位于底板1前端且呈左右对称布置，通过三个夹紧机构从三个方向共同对颈椎模型3进行夹紧，能够保证操作时，颈椎模型3不发生动摇，方便操作。

夹紧机构又包括安装板21，安装板21连接在底板1上，安装板21中部螺纹连接有螺杆22，螺杆22上连接有调节螺母25，调节螺母25紧靠安装板21的外侧壁，螺杆22前端连接有软夹块24，由于颈椎模型3椎体的外壁弧形程度较大，而椎板的外壁弧形程度较小，所以在本实施例中，后端的夹紧机构中的软夹块24的侧壁为弧形结构，这样能够更加贴合椎体的外壁，而前端两个夹紧机构中的软夹块24为长条结构，这样能够降低生产难度，也不影响夹紧效果。

软夹块24连接有两个导杆23，安装板21上开设有两个导向孔，两个导杆23分别滑动连接在两个导向孔内。实验前，先将颈椎模型3放在软垫11上，然后分别转动三个夹紧机构的调节螺母25，使得螺杆22带动软夹块24向前移动，最终后端的夹紧机构的软夹块24夹在颈椎模型的椎体外侧，前端两个夹紧机构的软夹块24夹在颈椎模型的椎板外侧，从而将颈椎模型夹紧，方便后续实验的进行。

以上对本发明提供的3d生物打印颈椎椎弓根螺钉植入实验监测装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。