CN107343817A - 计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于骨外科截骨矫形器领域，尤其涉及计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法，包括以下步骤：采集双侧骨骼数据，建立双侧骨骼三维模型；若患者有健侧肢体，则以健侧镜像模型作为参照，确定截骨角度及截骨位置，对患侧进行矫形、固定；若患者没有可参照的健侧肢体，则根据正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，从而得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，完成矫形和固定；结合截骨位置、内植物钢板位置等制作导板。本发明的有益效果：应用导板截骨矫形固定一步到位，实现即时矫正，无需术中透视，减少患者及医生的辐射伤害的同时缩短手术时间，降低了出血及麻醉意外等风险，简化骨科截骨矫形手术的操作，提高手术精准度。

Description

计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法

技术领域

本发明属于骨外科截骨矫形器材领域，尤其涉及计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法。

背景技术

随着计算机辅助骨科的日益兴起，3D打印辅助骨科精准手术技术也逐渐增多，这项技术重要应用于骨折畸形愈合、先天性骨畸形或发育不良、关节置换等方面，当一侧骨与关节结构或功能异常时，我们可以根据健侧作为参照，对患侧进行矫正，但对于截骨的角度和方向要求很严格，截骨的角度不够精准将直接影响肢体的力线或关节功能的恢复，甚至导致整个截骨矫形手术的失败，因此，精确的截骨角度尤为重要。

传统方法的截骨矫形手术只是外科医生根据术前CT和平片，经验性的截骨矫形，

只是大致截骨方位和力线正确，但缺乏明确的复位标准而且精准度不高，往往术后的截骨矫形都存在一定的偏差，以转子下截骨矫形为例，仅仅依靠二维透视，股骨前倾角、颈干角、偏心距以及股骨长度的恢复情况并不乐观，术中没有一个量化截骨角度，有学者应用3D打印技术，在术前将畸形股骨打印出来，在模型上先行模拟手术，选择更合适的内固定器材，以提高手术的精准度，但此方法并没有克服术中应用二维透视评估矫形情况的弊端。

发明内容

为要解决传统手术技术中截骨量无法精确测量及矫形空间角度不可控，同时术中X线暴露次数多等问题，本发明提供计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法，本方法是以健侧或正常结构和功能参数作为标准，当患者有健侧肢体，则可以利用健侧进行镜像生成镜像模型，然后用患侧和健侧镜像模型进行匹配，则得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，术中可不必透视，即可完成精准结构和功能的修复；当患者没有可参照的健侧肢体，则可根据人体的正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，进而制作出手术导板，完成精准结构和功能的修复。

本发明不仅实现了精准的截骨矫形、缩短了手术时间和降低了患者手术风险，而且减少了患者及手术医生的辐射曝光时间，是一种值得精准骨科手术领域进一步推广的先进技术方法。

本发明的技术方案：计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；

步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；

步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；

步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；

步骤5、用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；

步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；

步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；

步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板

优选地，还包括步骤9、应用导板进行手术模拟。

优选地，所述步骤2中根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数具体步骤：若一侧骨骼发育正常无畸形，另一侧骨骼存在不同程度的畸形，则将健侧进行镜像，再与患侧进行匹配，以健侧为矫形标准，测量患侧畸形参数；若两侧均有不同程度畸形，则在保证骨与关节的功能结构正常及避免术后并发症发生的前提下，以骨与关节解剖结构参数为标准；

优选地，所述步骤4中对原患侧模型进行截骨不仅可实现单平面畸形截骨,也可进行多平面畸形截骨,同时也适用于楔形闭合矫形以及楔形撑开矫形多种截骨矫形术。

优选地，所述步骤5中用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数包括以下步骤：

步骤A、在软件中导入锁定钢板并根据钢板上螺钉的方向确定钢板放置的位置；

步骤B、测量锁定钢板上各螺钉的长度；

步骤C、测量闭合截骨量截骨矫形后截骨位置骨缺损的体积

优选地，所述步骤6中利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配，具体为截骨后模型被分为近端和远端两部分，为保证实际操作手术中锁定钢板植入位置与计算机辅助模拟植入固定的位置相同，则使用克氏针分别对两部分钢板内螺钉的位置进行标记，每部分至少保留两颗克氏针，所保留克氏针以空间方向平行为优先。

优选地，所述步骤7中将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到矫形前原患侧模型形态，具体为将矫形后模型恢复原患侧模型形态时，用以标记锁定钢板螺钉位置的克氏针也随之一同发生移动，即为后续导板制作时提供锁定钢板准确的植入位置。

优选地，所述步骤8中根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板，具体为导板要与畸形位置完全匹配贴附，以保证实际手术与仿真模拟手术的一致性；导板预留截骨刀口位置需满足刀片宽度的1.1-1.3倍以及刀片厚度的1.4-1.6倍；导板预留克氏针导向口直径要满足应用克氏针的1.1-1.3倍；同时导板刀口以及克氏针导向口要有足够的深度，深度为6mm-20mm，保证方向。

优选地，所述步骤9中应用导板进行手术模拟,具体为将导板与3D打印的患侧模型进行匹配用以确定导板放置位置；根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，刀口位置角度进行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在骨骼模型上，此时锁定板已起到矫形的作用；最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。

计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，其特征在于包括导板本体，所述导板本体与患者畸形截骨部位完全贴服，所述导板本体设置截骨刀口和克氏针导向口，所述克氏针导向口固定所述导板本体位置的同时指导锁定钢板的位置。

本发明有益效果是：制作方法设计合理，易于实现，本方法是以健侧或正常结构和功能参数作为标准，当患者有健侧肢体，则可以利用健侧进行镜像生成镜像模型，然后用患侧和健侧镜像模型进行匹配，则得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，术中可不必透视，即可完成精准结构和功能的修复；当患者没有可参照的健侧肢体，则可根据人体的正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，进而制作出手术导板，完成精准结构和功能的修复。本方法不仅实现了精准的截骨矫形、缩短了手术时间和降低了患者手术风险，而且减少了患者及手术医生的辐射曝光时间，是一种值得精准骨科手术领域进一步推广的先进技术方法。

附图说明

图1是本发明实施例1中通过三维重建软件建立双侧股骨三维模型示意图；

图2是本发明实施例1中健侧镜像模型与原患侧股骨模型配准示意图；

图3是本发明实施例1中测量患者股骨解剖结构参数示意图之一；

图4是本发明实施例1中测量患者股骨解剖结构参数示意图之二；

图5是本发明实施例1中根据测量的畸形结构参数截骨矫形后模型示意图；

图6是本发明实施例1中克氏针与锁定钢板、螺钉位置匹配示意图；

图7是本发明实施例1中矫形后模型和克氏针融合一体模型示意图；

图8是本发明实施例1中矫形后模型恢复原患侧模型状态示意图；

图9是本发明实施例1中导板设计制作示意图；

图10是本发明实施例1中计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的结构示意图；

图11是本发明中实施例2中测量患者股骨解剖结构参数示意图；

图12是本发明中实施例2中确定股骨远端闭合截骨部分截骨角度及截骨位置的示意图；

图13是本发明中实施例2中股骨远端矫形后股骨形态示意图；

图14是本发明中实施例2中股骨远端矫形后锁定钢板固定及克氏针匹配后示意图；

图15是本发明中实施例2中股骨恢复为原畸形模型，根据克氏针方向和位置，导板设计制作示意图；

图16是本发明中实施例2中计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板固定在股骨远端的示意图；

图17是本发明中实施例2中患侧胫骨截骨后模型示意图；

图18是本发明中实施例2中钢板植入矫形后胫骨模型位置示意图；

图19是本发明中实施例2中钢板螺钉和克氏针位置匹配示意图；

图20是本发明中实施例2中矫形后模型及克氏针恢复为原畸形胫骨模型示意图；

图21是本发明中实施例2中导板及螺钉导向示意图；

图22本发明中实施例2中计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板固定在胫骨的示意图；

图23本发明中实施例3中患者双足示意图；

图24本发明中实施例3中双侧胫骨示意图；

图25本发明中实施例3中健侧镜像模型与患侧胫骨模型匹配示意图；

图26本发明中实施例3中截骨位置示意图；

图27本发明中实施例3中患侧胫骨截骨后矫形模型示意图；

图28本发明中实施例3中截骨后模型钢板固定及克氏针位置匹配示意图；

图29本发明中实施例3中克氏针与矫形后胫骨模型示意图；

图30本发明中实施例3中胫骨及克氏针恢复到矫形前原患侧模型示意图；

图31本发明中实施例3中导板截骨板和克氏针导向位示意图；

图32中计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板示意图。

附图中，1、导板本体，2、截骨刀口，3、克氏针导向口，4、锁定钢板，5、克氏针模型，6、螺钉模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种具体实施方式做出说明。

本发明涉及计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，本发明的技术方案：计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；

步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；

步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；

步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；

步骤5、用手术中使用的锁定钢板4和螺钉模型6模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；

步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型5与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；

步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；

步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板。

还包括步骤9、应用导板进行手术模拟。

步骤2中根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数具体步骤：若一侧骨骼发育正常无畸形，另一侧骨骼存在不同程度的畸形，则将健侧进行镜像，再与患侧进行匹配，以健侧为矫形标准，测量患侧畸形参数；若两侧均有不同程度畸形，则在保证骨与关节的功能结构正常及避免术后并发症发生的前提下，以骨与关节解剖结构参数为标准；

步骤4中对原患侧模型进行截骨不仅可实现单平面畸形截骨,也可进行多平面畸形截骨,同时也适用于楔形闭合矫形以及楔形撑开矫形等多种截骨矫形术。但本发明计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法仅用于精准优化临床截骨矫形手术方式，不可指导骨科畸形的治疗。

步骤5中用手术中使用的锁定钢板4和螺钉模型6模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数包括以下步骤：

步骤A、在软件中导入锁定钢板4并根据钢板上螺钉的方向确定钢板放置的位置；

步骤B、测量锁定钢板4上各螺钉的长度；

步骤C、测量闭合截骨量截骨矫形后截骨位置骨缺损的体积；

步骤6中利用合理尺寸的克氏针模型5与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配，因截骨后模型被分为近端和远端两部分，为保证实际操作手术中锁定钢板4植入位置与计算机辅助模拟植入固定的位置相同，则使用克氏针分别对两部分钢板内螺钉的位置进行标记，每部分至少保留两颗克氏针，所保留克氏针以空间方向平行为优先。

步骤7中将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到矫形前原患侧模型形态，具体为将矫形后模型恢复原患侧模型形态时，用以标记锁定钢板4螺钉位置的克氏针也随之一同发生移动，即为后续导板制作时提供锁定钢板4准确的植入位置。

步骤8中根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板，具体为导板要与畸形位置完全匹配贴附，以保证实际手术与仿真模拟手术的一致性；导板预留截骨刀口2位置需满足刀片宽度的1.1-1.3倍以及刀片厚度的1.4-1.6倍；导板预留克氏针导向口3直径要满足应用克氏针的1.1-1.3倍；同时导板刀口以及克氏针导向口3要有足够的深度，深度为6mm-20mm，保证方向。

步骤9中应用导板进行手术模拟，具体为将导板与3D打印的患侧模型进行匹配用以确定导板放置位置；根据克氏针导向口3打入克氏针完全固定导板，刀口位置角度进行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板4按照克氏针位置固定在骨骼模型上，此时锁定板已起到矫形的作用；最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板4。

计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，包括导板本体1，导板本体1与患者畸形截骨部位完全贴服，导板本体1设置截骨刀口2和克氏针导向口3，克氏针导向口2固定导板本体1位置的同时指导锁定钢板4的位置，导板本体1在模型截骨阶段中使用，锁定钢板4在模型截骨后矫形固定截开的骨骼，导板本体1和锁定钢板4应用在不同的阶段。

实施例1

本实施例为应用在股骨近端的计算机辅助设计截骨矫形固定一体化导板的制作方法，该病例为股骨颈骨折畸形愈合，患侧颈干角91°，前倾角与健侧相比角度差15.26°。采用股骨近端楔形闭合截骨的方式进行矫形。

1.建模与配准。应用mimics软件及CT数据重建出患者的健患侧的股骨三维模型，将健侧股骨做镜像处理，再用健侧镜像的模型和患侧的模型匹配，主要标记以大转子、小转子、股骨干为准(图1-3)。

2.参数测量。在立体图像上测出健患侧的股骨颈干角、前倾角、高度差、偏心距等参数。

3.截骨。根据健患侧颈干角的差值确定楔形截骨角度(本例中为37.57°)，在Rhinoseros软件中绘制出成角为37.57°的摆锯锯片模型(因摆锯齿的厚度为1mm，故锯片厚度设计为2mm)，再在mimics软件中完成截骨，去除截下的骨块。

4.矫形。以健侧镜像模型为标准，并以股骨远端为固定对股骨近端进行矫形，步骤包括股骨头部分下移至与股骨干截骨面贴合，内侧推移及外旋。最终满足条件：1.截骨面接触良好2.与健侧镜像图像相比：a.相同的前倾角和颈干角；b.高度差小于15mm，(此实施例中术前20.0mm术后8.0mm)。

5.固定锁定钢板。将装好螺钉的锁定钢板进行CT扫描，然后扫描后的钢板和螺钉导入Rhinoseros软件，擦除伪影后，导入mimics软件；将锁定钢板模型固定到矫形后股骨模型上，保证锁定板完全贴附于骨皮质的同时保证锁定板的力学稳定；

6.用克氏针标记钢板位置。导入直径为3.0mm的克氏针模型若干，分别与锁定钢板上的螺钉进行位置匹配。

7.融合后去除锁定板和螺钉。将克氏针与股骨模型进行融合，然后将截骨后被分为两部分的股骨连同已融合模型内的克氏针恢复到截骨前位置。

8.导板制作。根据患侧股骨模型、摆锯锯片位置以及克氏针位置制作导板。通过3D打印方式将导板和患侧股骨进行打印，

9.进行手术模拟。将导板与3D打印的患侧股骨模型进行匹配，根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，根据刀口导向对股骨颈进行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在股骨模型上，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。

应用在股骨近端的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，包括导板本体，导板本体与患者股骨颈骨截骨部位完全贴附，导板本体设置截骨刀口和克氏针导向口，克氏针导向口固定导板本体位置的同时指导锁定钢板的位置，导板本体在股骨颈骨模型截骨阶段中使用，锁定钢板在股骨颈骨模型截骨后固定截开的骨骼，同时完成股骨颈畸形的矫正，导板本体和锁定钢板应用在不同的阶段。

临床应用：患者手术中，导板与患者股骨匹配度100％；手术时间缩短了60％；患者麻醉时间同时缩短，减少麻醉药物对患者造成的伤害；透视次数降至0次，直接将医生和患者术中辐射危害降至为0。

实施例2

.本实施例为应用在膝内翻畸形中的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，该病例膝关节股骨远端内翻6°；同时胫骨平台内翻8°，后倾23°。采用双截骨矫形的方式，即股骨远端拟用闭合截骨，胫骨近端拟用开放截骨。

本实施例中因患者双侧膝关节存在不同程度的内翻畸形，因此本例根据正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，从而得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，

1.建模。应用mimics软件及CT数据重建出患者的双侧的膝关节三维模型。

2.参数测量。在立体图像上分别测出患侧股骨及胫骨长度，股骨角、股骨髁干角、胫骨角、胫骨骨干角等参数。

3.截骨。

1)根据畸形股骨角与正常股骨角的差值(本例为6°)，在Rhinoseros软件中绘制出成角为6°的摆锯锯片模型(因摆锯齿的厚度为1mm，故锯片厚度设计为2mm)，再在mimics软件中完成楔形闭合截骨，去除截下的骨块。

2)根据畸形胫骨角与正常胫骨角的差值(本例为8°)、畸形胫骨骨干角与正常胫骨骨干角的差值(本例为23°)，Rhinoseros软件中绘制出厚度为2mm(摆锯锯齿厚1mm)的摆锯模型，在mimics中调整位置后完成开放截骨。

4.矫形。

1)以股骨近端为固定对股骨远端进行矫形，步骤包括股骨远端旋转、上移与截骨面贴合，最终满足条件：1.截骨面接触良好2.股骨角达到正常值。

2)以胫骨远端为固定对胫骨近端进行矫形，步骤包括胫骨近端上移、前倾，最终使胫骨角和胫骨骨干角达到正常值。

3)全下肢整体高度差小于15mm(本例术前18mm，术后0mm)。

5.固定锁定钢板。将装好螺钉的锁定钢板进行CT扫描，然后将钢板及螺钉的三维模型导入Rhinoseros软件，擦除伪影后，导入mimics软件；将锁定钢板模型固定到矫形后的股骨、胫骨模型上，保证锁定板贴附于骨皮质的同时保证锁定板的力学稳定。

6.用克氏针标记钢板位置。导入直径为3.0mm的克氏针模型若干，分别与锁定钢板上的螺钉进行位置匹配。

7.融合后去除锁定板和螺钉。将克氏针与股骨、胫骨模型进行融合，然后将截骨后分别被分为两部分的股骨和胫骨连同已融合模型在内的克氏针恢复到截骨前位置。

8.导板制作。根据患侧股骨模型、胫骨模型、摆锯锯片位置以及克氏针位置制作导板。通过3D打印方式将导板和患侧股骨、胫骨进行打印，

9.进行手术模拟。将应用在股骨远端的导板本体与3D打印的患侧股骨模型进行匹配，根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，根据刀口导向对股骨远端行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在股骨模型上，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板；

将应用在胫骨近端的导板本体与3D打印的患侧胫骨模型进行匹配，根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，根据刀口导向对胫骨近端行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在胫骨模型上，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板，最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。

应用在膝内翻畸形的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，包括应用在股骨远端的导板本体和应用在胫骨近端的导板本体，应用在股骨远端的导板本体与患者股骨远端截骨部位完全贴附，应用在胫骨近端的导板本体与患者胫骨近端截骨部位完全贴附，导板本体上均设置截骨刀口和克氏针导向口，克氏针导向口应用在股骨远端的导板本体和应用在胫骨近端的导板本体位置的同时指导各自对应的锁定钢板的位置，应用在股骨远端的导板本体和应用在胫骨近端的导板本体在截骨阶段中使用，对应的锁定钢板在截骨后固定截开的骨骼，同时完成膝关节畸形的矫正，应用在股骨远端的导板本体和应用在胫骨近端的导板本体和各自对应锁定钢板应用在不同的阶段。

临床应用：患者手术中，导板与患者股骨、胫骨匹配度100％；手术时间缩短了60％；患者麻醉时间同时缩短，减少麻醉药物对患者造成的伤害；透视次数降至0次，直接将医生和患者术中辐射危害降至为0。

实施例3

本实施例为应用在足内翻畸形中的计算机辅助设计截骨矫形固定一体化导板制作方法，该患者单足内翻畸形，胫距关节面内翻8.9°，前倾6.6°。采用胫骨远端开放截骨的方式进行矫形。

1.建模与配准。.应用mimics软件及CT数据重建出患者的双侧踝关节三维模型，将健侧踝关节做镜像处理，再用健侧镜像的模型和患侧的模型匹配，主要以胫骨干、胫骨结节、腓骨切迹等匹配为准。

2.参数测量。在立体图像上测出双侧小腿长度、胫骨远端踝关节平面角、距骨倾斜角、胫骨侧方平面角等参数。

3.截骨。根据双侧胫骨远端踝关节平面角差值(本例8.9°)，胫骨侧方平面角差值(本例6.6°)，拟用开放截骨，故在Rhinoseros软件中绘制出厚度设计为2mm的摆锯模型(因摆锯齿的厚度为1mm)，再在mimics软件中调整位置，完成截骨。

4.矫形。以健侧镜像模型为标准，并以胫骨近端为固定进行矫形，步骤包括胫骨远端旋转、上移，与健侧镜像模型比较，满足条件：1.相同的胫骨远端踝关节平面角、胫骨侧方平面角；2.高度差小于10mm(本例术前12mm，术后0mm)。

5.固定锁定钢板。将装好螺钉的锁定钢板进行CT扫描，然后将钢板及螺钉的三维模型导入Rhinoseros软件，擦除伪影后，导入mimics软件；将锁定钢板模型固定到矫形后胫骨模型上，保证锁定板完全贴附于骨皮质的同时保证锁定板的力学稳定。

6.用克氏针标记钢板位置。导入直径为2.0mm的克氏针模型若干，分别与锁定钢板上的螺钉进行位置匹配。

7.融合后去除锁定板和螺钉，将克氏针与胫骨模型进行融合，然后将截骨后被分为两部分的胫骨连同已融合模型内的克氏针恢复到截骨前位置。

8.导板制作。根据患侧胫骨模型、摆锯锯片位置以及克氏针位置制作导板。通过3D打印方式将导板和患侧胫骨进行打印。

9.进行手术模拟。将应用在胫骨远端的导板本体与3D打印的患侧胫骨模型进行匹配，根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，根据刀口导向对胫骨远端行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在胫骨模型上，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板，最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。

应用在足内翻畸形中的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，包括导板本体，导板本体与患者胫骨远端截骨部位完全贴附，导板本体设置截骨刀口和克氏针导向口，克氏针导向口固定导板本体位置的同时指导锁定钢板的位置，导板本体在胫骨远端模型截骨阶段中使用，锁定钢板在胫骨远端模型截骨后固定截开的胫骨同时完成足内翻畸形的矫正，导板本体和锁定钢板应用在不同的阶段。

临床应用：患者手术中，导板与患者胫骨匹配度100％；手术时间缩短了60％；患者麻醉时间同时缩短，减少麻醉药物对患者造成的伤害；透视次数降至0次，直接将医生和患者术中辐射危害降至为0。

与现有技术相比，制作方法设计合理，易于实现，本方法是以健侧或正常结构和功能参数作为标准，当患者有健侧肢体，则可以利用健侧进行镜像生成镜像模型，然后用患侧和健侧镜像模型进行匹配，则得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，术中可不必透视，即可完成精准结构和功能的修复；当患者没有可参照的健侧肢体，则可根据人体的正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，进而制作出手术导板，完成精准结构和功能的修复。

本发明不仅实现了精准的截骨矫形、缩短了手术时间和降低了患者手术风险，而且减少了患者及手术医生的辐射曝光时间，是一种值得精准骨科手术领域进一步推广的先进技术方法。

以上对本发明的一个实例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；

步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；

步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；

步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；

步骤5、用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；

步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；

步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；

步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板。

2.根据权利要求1所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于还包括步骤9、应用导板进行手术模拟。

3.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤2中根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数具体步骤：若一侧骨骼发育正常无畸形，另一侧骨骼存在不同程度的畸形，则将健侧进行镜像，再与患侧进行匹配，以健侧为矫形标准，测量患侧畸形参数；若两侧均有不同程度畸形，则在保证骨与关节的功能结构正常及避免术后并发症发生的前提下，以骨与关节解剖结构参数为标准。

4.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤4中对原患侧模型进行截骨不仅可实现单平面畸形截骨,也可进行多平面畸形截骨,同时也适用于楔形闭合矫形以及楔形撑开矫形多种截骨矫形术。

5.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤5中用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数包括以下步骤：

步骤A、在软件中导入锁定钢板并根据钢板上螺钉的方向确定钢板放置的位置；

步骤B、测量锁定钢板上各螺钉的长度；

步骤C、测量闭合截骨量截骨矫形后截骨位置骨缺损的体积。

6.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤6中利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配，具体为截骨后模型被分为近端和远端两部分，为保证实际操作手术中锁定钢板植入位置与计算机辅助模拟植入固定的位置相同，则使用克氏针分别对两部分钢板内螺钉的位置进行标记，每部分至少保留两颗克氏针，所保留克氏针以空间方向平行为优先。

7.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤7中将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到矫形前原患侧模型形态，具体为将矫形后模型恢复原患侧模型形态时，用以标记锁定钢板螺钉位置的克氏针也随之一同发生移动，即为后续导板制作时提供锁定钢板准确的植入位置。

8.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤8中根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板，具体为导板要与畸形位置完全匹配贴附，以保证实际手术与仿真模拟手术的一致性；导板预留截骨刀口位置需满足刀片宽度的1.1-1.3倍以及刀片厚度的1.4-1.6倍；导板预留克氏针导向口直径要满足应用克氏针的1.1-1.3倍；同时导板刀口以及克氏针导向口要有足够的深度，深度为6mm-20mm，保证方向。

9.根据权利要求2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤9中应用导板进行手术模拟，具体为将导板与3D打印的患侧模型进行匹配用以确定导板放置位置；根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，刀口位置角度进行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在骨骼模型上，此时锁定板已起到矫形的作用；最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。

10.一种应用权利要求1-9任一所述制作方法制作的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，其特征在于包括导板本体，所述导板本体与患者畸形截骨部位完全贴附，所述导板本体设置截骨刀口和克氏针导向口，所述克氏针导向口固定所述导板本体位置的同时指导锁定钢板的位置。