CN105434009B - 用于股骨截骨术的导航模板、使用方法及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板、使用方法及制作方法，该导航模板包括第一导航部和第二导航部，所述第一导航部与第二导航部通过连接杆连接固定；所述第一导航部具有第一接触部，所述第二导航部具有第二接触部；所述第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙；所述第一导航部还具有第一导航板，所述第一导航板上具有导向孔，所述导向孔透过所述第一导航板连接到所述第一接触部的表面；所述第二导航部还具有第二导航板，所述第二导航板上也具有导向孔，所述导向孔透过所述第二导航板连接到所述第二接触部的表面。采用本发明的导航模板，治疗效果好、结构科学合理、准确度高。

Description

用于股骨截骨术的导航模板、使用方法及制作方法

技术领域

本发明涉及医疗器具技术领域，特别是一种能够对儿童股骨近端准确进行旋转短缩内翻截骨的导航模板、使用方法及制作方法。

背景技术

儿童发育性髋关节脱位是较常见的儿童先天性下肢畸形之一，致残率高，严重影响患儿身心健康及家庭社会的经济负担。尤其超过6岁的大龄髋关节脱位更为严重，其主要病理特点有①脱位程度高；②股骨颈前倾角大，正常儿童为10°-15°左右，髋关节脱位患儿为45°~75°；③颈干角增大，正常儿童是125°~127°，髋关节脱位患儿有时可达到150°。

针对上述病理特点，股骨近端截骨术对髋关节脱位的儿童的治疗至关重要。然而由于髋关节脱位患儿股骨颈畸形严重，加之儿童股骨颈本身结构狭小，给手术增加了难度。在如此畸形狭小的股骨颈内需按照严格角度置入螺钉更属不易。角度不正确会导致股骨颈内翻不精确，内翻角度过小则髋关节对股骨头包容不足，易导致再脱位，内翻角度过大则易影响后期髋关节外展功能；其次，旋转角度也需要精确，旋转角度过大过小均易造成再脱位；此外，股骨短缩长度亦需精确，截骨过长易导致患肢变短，肌肉力量不足，而截骨过短则不易复位或髋关节压力大易造成股骨头坏死和关节僵硬 。

如此复杂的手术过程，传统的做法是采用经验治疗，术中反复X线照射，手术时间长，出血多，射线暴露多，术后股骨头坏死、髋关节僵硬、再脱位等发生率高。给医务人员及患者家庭带来巨大负担。因此，有必要研究出一种导航模板，使得儿童髋关节脱位的股骨近端内翻旋转短缩截骨术具有更好的治疗效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种治疗效果好、结构科学合理、准确度高的用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板包括第一导航部和第二导航部，所述第一导航部与第二导航部通过易连接杆连接固定；所述第一导航部具有第一接触部，所述第二导航部具有第二接触部；所述第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙；所述第一导航部还具有第一导航板，所述第一导航板上具有导向孔，所述导向孔透过所述第一导航板连接到所述第一接触部的表面；所述第二导航部还具有第二导航板，所述第二导航板上也具有导向孔，所述导向孔透过所述第二导航板连接到所述第二接触部的表面。

采用上述结构的导航模板，第一导航部通过第一接触部固定在股骨的近端，第二导航部通过第二接触部固定在远端；第一导航部与第二导航部通过连接杆连接固定，使得第一、第二接触部一旦与股骨接触，由于连接杆的存在，第一导航部与第二导航部二者时间的位置关系就不会动，确保了旋转角度和截骨长度的精确；待导针置入后，第一导航部和第二导航部则位置固定，此时去除连接杆，则可以根据截骨面进行精确截骨；又在本发明中，第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙，设置间隙的目的在于确定股骨需要短缩的长度，短缩精准，短缩太多，易导致患肢变短，肌肉力量不足，短缩不足，髋关节压力大易造成股骨头坏死，髋关节活动性差。

进一步的改进在于，所述第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c；所述第二接触部的第一截骨端面与第二接触部的第二截骨端面平行设置；所述第一导航板的轴向方向与所述第一接触部的轴向方向之间成一夹角b。

将第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c（即也是第一导航板上导向孔的轴向方向与第二导航板上导向孔的轴向方向之间的夹角），这样，具体使用过程中，可对股骨远端进行旋转c角度，精确度更高，若是纠正不足易再脱位，纠正过多，易发生后侧脱位，关节稳定性差；第一截骨端面与第二截骨端面平行设置使得沿端面截断股骨并短缩的精度进一步提高，误差小；设置夹角b的作用在于，对股骨颈进行内翻时不会出现误差，内翻角度即是角度b减去钢板角度，一般用于内翻截骨的LCP-PHP钢板选择110°钢板，此外，儿童股骨颈狭小，髋关节脱位患儿股骨颈畸形严重，螺丝植入困难，需要非常精准的角度。

进一步的改进在于，所述连接杆的一端与所述第一导航板相连，另一端通过若干支杆与所述第二导航板相连。

考虑到第二导航板的宽度大于第一导航板，为了使得二者之间连接更稳定，连接杆的另一端通过若干支杆与所述第二导航板相连。

进一步的改进在于，所述第一接触部的表面是弧形的，具体形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成，以确保术中与患者股骨近端紧密贴合；所述第二接触部的表面是弧形的，具体形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成，以确保术中与患者股骨近端紧密贴合。

本发明要解决的另外一个问题是，提供一种使用上述用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的方法，该方法包括以下步骤：

（1）将导航模板的第一接触部的表面与第二接触部的表面均与股骨贴合；

（2）将导针从第一导航板与第二导航板钉入股骨；

（3）待所述步骤（2）中的导针固定后，剪断连接第一导航板与第二导航间板的连接杆，预留出第一截骨端面和第二截骨端面；

（4）沿着第一截骨端面和第二截骨端面将位于该间隙内的股骨进行截除短缩；

（5）完成所述步骤（4）后将导航模板去除，拉近截骨远近端，以远端导针为操纵杆旋转股骨远端，直至导针能顺利插入钢板对应的孔道，持骨钳固定钢板和截骨远端股骨，此时股骨颈内翻角度为第一导航板中导针与股骨所形成的夹角b减去钢板角度，旋转角度为所述第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c；

（6）将步骤（5）中的导针逐根退出，选取合适螺钉固定钢板。

本发明要解决的另外一个问题是，提供一种用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的制作方法，包括以下步骤：

（1）原始数据采集：患者术前均使用64排螺旋CT(philip，荷兰)采集股骨近端扫描数据；扫描条件：电压120 kV，电流160 mA，层厚1 mm；将采集的CT数据以DICOM格式存储；

（2）确定股骨近端旋转短缩内翻截骨数据：将存储的股骨近端CT数据导入计算机后通过Mimics 17.0软件生成三维重建的骨盆及股骨模型，测量患儿颈干角确定内翻角度（夹角b减去钢板角度）；测量股骨颈前倾角确定旋转角度c；测量患儿股骨头脱位高度确定截骨长度a。根据股骨近端粗细选择合适型号的儿童髋部锁定加压接骨板（LCP-PHP）。

第一导航部导针确定：在股骨近端模型的冠状面、矢状面及横断面坐标内，确立股骨颈内颈螺钉的最佳入点及角度，在Mimics软件的MedCAD模块中，用等同螺钉直径的圆柱体代替螺钉，观察螺钉在股骨颈内的轨迹。缓慢移动、旋转空心螺钉的局部坐标系，分别在3D界面、轴面、矢状面观察经颈螺钉在股骨颈内的位置关系，确保螺钉尽量处于股骨颈的中心处。第二导航部导针确定：根据第一导航部2枚导针进针点连线中点确定第一导航部的轴向方向，根据需要纠正的前倾角角度向内旋转以确定第二导航部的轴向方向，根据钢板的螺钉孔距确定第二导航部导针进针点，第二导航部导针需垂直于股骨远端。最后，将模型数据以STL格式保存。

（3）制作导航模板：在Mimics软件中打开保存的数据，转动三维结构，从各个角度观察钉道是否合适，并根据剖面和三维结构观察结果对钉道做适当微调以完成导向模板进针套管的设计。提取股骨颈内外侧大转子水平及远端对应骨性表面解剖数据，并将其做反向增厚5mm处理后，建立与之形态一致的基板，同时导入钉道数据，将两者组合重建成导航模板。布尔运算(Boolean operation)后，贯通导板钉道，并对边界进行修整，完成导板的设计制作。设置第一导航部和第二导航部，所述第一导航部具有第一接触部，所述第二导航部具有第二接触部；所述第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙，该间隙与截骨长度a相等；第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c；第一接触部的表面是弧形的，与患者股骨近端紧密贴合；所述第二接触部的表面是弧形的，与患者股骨近端紧密贴合；第一导航板和第二导航板上均设置导向孔；

（4）3D打印：在Magic17.0软件中，修理模型中的错误，完成后导出模型数据，将数据以STL格式导入3D打印机，使用医用PLA材料打印出导航模板。

附图说明

下面结合附图和本发明的实施方式进一步详细说明：

图1是本发明用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的结构示意图；

图2是图1中导航模板后视结构示意图；

图3是本发明用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板使用效果模型图；

图4是图3的侧位使用效果模型图；

图5是图3的后视使用效果模型图；

图6是图3的局部放大使用效果模型图；

其中：1-第一导航部；101-第一接触部；102-第一导航板；103，203-导向孔；2-第二导航部；201-第二接触部；202-第二导航板；3-连接杆；301-支杆。

具体实施方式

如图1~2所示，用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的结构示意图，该导航模板包括第一导航部1和第二导航部2，第一导航部1与第二导航部2通过连接杆3连接固定；第一导航部1具有第一接触部101，第二导航部具有第二接触部201；第一接触部101与第二接触部201之间具有间隙；第一导航部1还具有第一导航板102，第一导航板102上具有导向孔103，导向孔103透过第一导航板102连接到第一接触部101的表面；第二导航部2还具有第二导航板202，第二导航板202上也具有导向孔203，导向孔203透过第二导航板202连接到第二接触部201的表面；第一导航板102的轴向方向与第二导航板202的轴向方向之间成一夹角c；第二接触部201的第一截骨端面与第二接触部201的第二截骨端面平行设置；第一导航板102的轴向方向与第一接触部101的轴向方向之间成一夹角b；连接杆3的一端与第一导航板102相连，另一端通过3根支杆301与第二导航板202相连；第一导航板102与第二导航板202上均具有两个导向孔103，203；第一接触部101的表面是弧形的，具体形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成；第二接触部201的表面是弧形的，具体形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成。

使用该用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板时，如图3~6所示，使用方法包括以下步骤：

（1）将导航模板的第一接触部101的表面与第二接触部201的表面均与股骨贴合；

（2）将导针从第一导航板102与第二导航板202钉入股骨；

（3）待步骤（2）中的导针固定后，剪断连接第一导航板102与第二导航板202间的连接杆，预留出第一截骨端面和第二截骨端面；

（4）沿着第一截骨端面和第二截骨端面将位于该间隙内的股骨进行截除短缩；

（5）完成步骤（4）后将导航模板去除，拉近截骨远近端，以远端两枚导针为操纵杆旋转股骨远端，直至4枚固定导针能顺利插入钢板对应的孔道，持骨钳固定钢板和截骨远端股骨，此时股骨颈内翻角度为第一导航102板中导针与股骨所形成的夹角b减去钢板角度，旋转角度为所述第一导航板102的轴向方向与所述第二导航板202的轴向方向之间成一夹角c；

（6）将步骤（5）中的导针退出，选取合适螺钉固定钢板，在本实施例中，钢板采用的瑞士synthes公司提供的LCP-PHP钢板。

该用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的制作方法，包括以下步骤：

（1）原始数据采集：患者术前均使用64排螺旋CT(philip，荷兰)采集股骨近端扫描数据；扫描条件：电压120 kV，电流160 mA，层厚1 mm；将采集的CT数据以DICOM格式存储；

（2）确定股骨近端旋转短缩内翻截骨数据：将存储的股骨近端CT数据导入计算机后通过Mimics 17．0软件生成三维重建的骨盆及股骨模型，测量患儿颈干角确定内翻角度（夹角b减去钢板角度）；测量股骨颈前倾角确定旋转角度c；测量患儿股骨头脱位高度确定截骨长度a。根据股骨近端粗细选择合适型号的儿童髋部锁定加压接骨板（LCP-PHP）。

第一导航部1导针确定：在股骨近端模型的冠状面、矢状面及横断面坐标内，确立股骨颈内颈螺钉的最佳入点及角度，在Mimics软件的MedCAD模块中，用等同螺钉直径的圆柱体代替螺钉，观察螺钉在股骨颈内的轨迹。缓慢移动、旋转空心螺钉的局部坐标系，分别在3D界面、轴面、矢状面观察经颈螺钉在股骨颈内的位置关系，确保螺钉尽量处于股骨颈的中心处。第二导航部2导针确定：根据第一导航部1两枚导针进针点连线中点确定第一导航部1的轴向方向，根据需要纠正的前倾角角度向内旋转以确定第二导航部2的轴向方向，根据钢板的螺钉孔距确定第二导航部2导针进针点，第二导航部2导针需垂直于股骨远端。最后，将模型数据以STL格式保存。

（3）制作导航模板：在Mimics软件中打开保存的数据，转动三维结构，从各个角度观察钉道是否合适，并根据剖面和三维结构观察结果对钉道做适当微调以完成导向模板进针套管的设计。提取股骨颈内外侧大转子水平及远端对应骨性表面解剖数据，并将其做反向增厚5mm处理后，建立与之形态一致的基板，同时导入钉道数据，将两者组合重建成导航模板。布尔运算(Boolean operation)后，贯通导板钉道，并对边界进行修整，完成导板的设计制作。设置第一导航部1和第二导航部2，第一导航部1具有第一接触部101，第二导航部2具有第二接触部201；第一接触部101与第二接触部201之间具有间隙，该间隙与截骨长度a相等；第一导航板102的轴向方向与第二导航板202的轴向方向之间成一夹角c；第一接触部101的表面是弧形的；第二接触部201的表面是弧形的；第一导航板102和第二导航板202上均设置导向孔103，203；

（4）3D打印：在Magic17.0软件中，修理模型中的错误，完成后导出模型数据，将数据以STL格式导入3D打印机，使用医用PLA材料打印出导航模板。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的制作方法，该导航模板包括第一导航部和第二导航部，所述第一导航部与第二导航部通过连接杆连接固定；所述第一导航部具有第一接触部，所述第二导航部具有第二接触部；所述第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙；所述第一导航部还具有第一导航板，所述第一导航板上具有导向孔，所述导向孔透过所述第一导航板连接到所述第一接触部的表面；所述第二导航部还具有第二导航板，所述第二导航板上也具有导向孔，所述导向孔透过所述第二导航板连接到所述第二接触部的表面；所述第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c；所述第一接触部的第一截骨端面与第二接触部的第二截骨端面平行设置；所述第一导航板的轴向方向与所述第一接触部的轴向方向之间成一夹角b；所述连接杆的一端与所述第一导航板相连，另一端通过若干支杆与所述第二导航板相连，所述第一接触部的表面是弧形的，具体的形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成，所述第二接触部的表面是弧形的，具体的形态根据每个患者CT数据mimics软件反向建模形成，所述第一导航板与第二导航板上均具有两个导向孔；其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）原始数据采集：患者术前均使用64排螺旋CT采集股骨近端扫描数据；扫描条件：电压120kV，电流160mA，层厚1mm；将采集的CT数据以DICOM格式存储；

（2）确定股骨近端旋转短缩内翻截骨数据：将存储的股骨近端CT数据导入计算机后通过Mimics 17.0软件生成三维重建的骨盆及股骨模型，测量患儿颈干角确定内翻角度，即夹角b减去钢板角度，夹角b为所述第一导航板的轴向方向与所述第一接触部的轴向方向之间形成的夹角，所述钢板为根据股骨近端粗细选择的合适型号的儿童髋部锁定加压接骨板LCP-PHP；为测量股骨颈前倾角确定旋转角度c；测量患儿股骨头脱位高度确定截骨长度a；

第一导航部导针确定：在股骨近端模型的冠状面、矢状面及横断面坐标内，确立股骨颈内颈螺钉的最佳入点及角度，在Mimics软件的MedCAD模块中，用等同螺钉直径的圆柱体代替螺钉，观察螺钉在股骨颈内的轨迹；缓慢移动、旋转空心的颈螺钉的局部坐标系，分别在3D界面、轴面、矢状面观察颈螺钉在股骨颈内的位置关系，确保螺钉尽量处于股骨颈的中心处，第二导航部导针确定：根据第一导航部2枚导针进针点连线中点确定第一导航部的轴向方向，根据需要纠正的前倾角角度向内旋转以确定第二导航部的轴向方向，根据钢板的螺钉孔距确定第二导航部导针进针点，第二导航部导针需垂直于股骨远端；最后，将模型数据以STL格式保存；

（3）制作导航模板：在Mimics软件中打开保存的数据，转动三维结构，从各个角度观察钉道是否合适，并根据剖面和三维结构观察结果对钉道做适当微调以完成导向模板进针套管的设计；

提取股骨颈内外侧大转子水平及远端对应骨性表面解剖数据，并将其做反向增厚5mm处理后，建立与之形态一致的基板，同时导入钉道数据，将两者组合重建成导航模板；布尔运算Boolean operation后，贯通导板钉道，并对边界进行修整，完成导板的设计制作；

设置第一导航部和第二导航部，所述第一导航部具有第一接触部，所述第二导航部具有第二接触部；所述第一接触部与所述第二接触部之间具有间隙，该间隙与截骨长度a相等；第一导航板的轴向方向与所述第二导航板的轴向方向之间成一夹角c；第一接触部的表面是弧形的，与患者股骨近端紧密贴合；所述第二接触部的表面是弧形的，与患者股骨远端紧密贴合；第一导航板和第二导航板上均设置导向孔；

（4）3D打印：在Magic17.0软件中，修理模型中的错误，完成后导出模型数据，将数据以STL格式导入3D打印机，使用医用PLA材料打印出导航模板。

2.根据权利要求1所述的用于儿童股骨近端旋转短缩内翻截骨术的导航模板的制作方法，其特征在于，所述步骤（4）中，连接杆的一端与所述第一导航板相连，另一端通过若干支杆与所述第二导航板相连；所述第一接触部的第一截骨端面与第二接触部的第二截骨端面平行设置。