CN108652741A - 内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，属于医疗技术领域；设计和制作个性化3D打印钢板和占位器；安装个性化3D打印钢板和占位器的组合件：先将个性化3D打印钢板和占位器在体外先组装好，然后利用占位器与骨折缺损区的匹配性指导钢板的放置安装，并起到临时固定的作用；向骨折块之外骨盆区植入螺钉，固定钢板：完成金属内固定框架的搭建。提前设计了最优置钉路径和深度，并设计出相应的导向工具，可减少解剖暴露范围，减少机体损伤，并避免螺钉固定不牢靠和误伤其他结构。
Description
技术领域
本发明涉及内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，属于医疗技术领域。
背景技术
骨折切开复位内固定手术：是指通过手术方法先将骨折区域暴露，后将骨折进行复位，然后进行内固定的一种手术方式，是骨折复位术和骨折固定术的联合过程。
髋臼骨折：髋骨由髂骨、坐骨和耻骨三部分组成，其外侧面有一个大而深的窝称为髋臼，与股骨头组成髋关节。髋臼骨折指的是髋臼区域骨质发生连续性或完整性破坏的骨折。
髋臼骨折是全身骨折中手术治疗难度最大的一类，而髋臼后壁骨折是髋臼骨折的一种，最容易发生股骨头坏死，切开复位内固定手术是治疗髋臼后壁骨折的一种常用方法，目前，该手术的基本步骤、相应特点和缺点如下：
术前检查：不能完全了解疾病情况；手术规划只能靠想象，在脑海里模拟手术，确定手术方案；无个性化生物力学设计
切开复位：切口和解剖暴露的范围只能凭经验，且暴露范围广，组织损伤大；无法做到精准复位；术中临时固定不牢靠
内固定术：固定装置无法在术前进行准确估计，有时需要大量准备各种型号的产品；内固定装置的形状需要术中徒手塑形，匹配度差，生物力学性能不可靠；安装固定装置往往凭借经验，并不能做到坚强的内固定；内固定安装完成后骨折块容易松动；螺钉安装路径随意性大，可控性小，容易导致固定不牢靠，或者损伤其他重要结构；经常需要反复临时固定和反复固定装置，对机体造成额外损伤；有的需要反复术中X线透视。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种确保骨折块精准复位，骨折块固定得生物力学性能更好，减少创伤和并发症，减少术中X线透视，有利于保护医生和患者的内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法主要分成两部分：
一：设计和制作个性化3D打印钢板和占位器
11、建模分析病情，将患者术前的骨折的CT数据(DICOM格式等)导入计算机，通过Mimisc等软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情；
12、模拟骨折复位：将“三维立体骨折数字化模型”，并在计算机上用Magics等软件实施“骨折块复位”；
13、据数字化骨骼模型，以达到最优生物力学性能为目标，设计个性化3D打印钢板，并确定螺钉尺寸和钉道方位：
计算机上，在“复位后的骨折数字化模型”里，以追求最优生物力学性能为目标，设计个性化3D打印钢板，并确定螺钉的尺寸和钉道方位；
14、对于骨折块有缺损区的患者，针对性设计钢板垫片或植骨方案：
计算机设计时，一定会确保髋臼关节面的平整光滑，对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案；
15、对于骨折块过小或者无法用螺钉固定者，在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线对骨折块进行固定；有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定；
16、设计个性化3D打印临时占位器：
以前面的设计为基础，将骨折块去掉后，设计与骨折块外形相似的占位器，这个占位器能与个性化3D打印钢板以唯一的方位紧密结合，又因为占位器其本身只能以唯一的方位与骨折缺损区相结合，从而发挥引导钢板安装位置和临时固定的作用；
17、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：
将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，钢板物采用符合内植物标准的金属3D打印，占位器采用尼龙3D打印并进行检验，如果合格，则进行消毒，等待手术备用；
二:手术实施
21、前序常规步骤：
比如经典的髋臼后壁骨折的体位是采用侧卧未或侧俯卧位，然后行髋后外侧弧形切口，进入髋关节腔后进行股骨头脱位暴露整个髋臼，并暴露髋臼后上方区域；
22、按术前计划充分暴露将骨折块拿到体外进行相应处理：
依据之后钢板及占位器的大小对切口进行解剖，暴露到合适范围后，将骨折块暂时拿走，在体外进行复位和加工等相应处理备用；
23、安装个性化3D打印钢板和占位器的组合件：
先将个性化3D打印钢板和占位器在体外先组装好，然后利用占位器与骨折缺损区的匹配性指导钢板的放置安装，并起到临时固定的作用；
24、向骨折块之外骨盆区植入螺钉，固定钢板：
依据术前设计，根据螺钉的型号、长度和植入钉道方位，通过钢板向骨折块以外的骨盆区域植入螺钉，固定钢板；
25、完成金属内固定框架的搭建：
将临时占位器去除后，剩下完整的钢板和骨盆的牢靠结合，检查内固定安装是否牢靠，并作相应处理，从而搭建起金属内固定框架；
26、复原骨折块：
将开始拿走备用的骨折块装入骨折区域，进行复位，此时有个性化钢板的指导和约束，骨折块能得到精细的解剖复位；
27、安装通过骨折块的螺钉，固定骨折块：
此时，按术前设计将骨折块固定起来，反复检查无误后手术结束。
特殊情况的处理：
对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案；
有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定。
先通过计算机依据骨折数字化模型，以追求生物力学性为目的设计一个髋臼后壁骨折专用的个性化钢板，并同时设计出一个刚好能匹配骨折缺口区的占位器作为导向工具，钢板能与占位器以唯一的方位完美组合；之后将两者分别通过金属3D打印和尼龙3D打印制作出来，组装后应用到手术当中；术中通过螺钉将钢板固定到髋臼后上方构建一个内固定框架，之后将占位器拆除后将骨折块复位并进行固定，从而达到精准固定。使得该手术做得更快更准更安全，骨折块固定得生物力学性能更好。
本发明在术前可以完全了解疾病情况；可以直观反复地进行手术规划、模拟手术，从而确定手术方案；可以确定完全确定内固定物的类型、型号；可以通过生物力学设计使得内固定发挥最佳功能。
术中，切口和解剖暴露的范围按术前计划预案进行，且暴露范围减小，组织损伤小；依靠个性化3D打印钢板和占位器组件的应用，能够做到精准复位；依靠个性化3D打印钢板和占位器组件进行临时固定，十分牢靠，使用的钢板内固定是个性化3D打印制作的，匹配度好，生物力学性能可靠，依据术前计算机模拟手术计划安装固定装置，依据术前计算机模拟手术计划安装螺钉，可控性大，内固定牢靠，避免损伤其他重要结构，不需要反复临时固定和反复固定装置，不需要反复术中X线透视。
术后，内固定安装完成后骨折块不易松动，生物力学性能好。
本发明的内固定框架系统包含手术所需的固定结构、框架结构、以及一些辅助导板与占位器，它是一个整套的系统，且全程辅助手术过程。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法(基于个性化生物力学设计的3D打印钢板和导向工具构建内固定框架完成髋臼后壁骨折手术的新方法)，由传统的先复位骨折块后固定，改变成先搭建金属内固定框架后复原骨折块；设计出一套与传统工艺制作的钢板完全不一样的个性化3D打印钢板，与整个髋臼完美贴服，具有极佳的生物力学稳定性；提前设计了最优置钉路径和深度，并设计出相应的导向工具，可减少解剖暴露范围，减少机体损伤，并避免螺钉固定不牢靠和误伤其他结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中分析病情时横断位(从近端往远端看)的示意图；
图2是本发明中分析病情时矢状位(从外往里看)的示意图；
图3是本发明中冠状位(从前往后看)的示意图；
图4-图6是本发明中模拟骨折复位的示意图；
图7-图9是本发明中3D打印钢板通过螺钉与骨折区连接的模拟示意图；
图10是本发明中植骨的示意图；
图11-图13是3D打印钢板通过钢丝连接固定的示意图；
图14-图16是本发明3D打印占位器的示意图；
图17-图19是本发明的手术实施中充分暴露的示意图；
图20-图22是本发明中骨折区植入螺钉和固定钢板的示意图；
图23-图25是本发明中金属内固定框架搭建的示意图；
图26-图28是本发明中钢板的固定示意图；
图29-图31是本发明中固定骨折块的示意图；
附图解释说明：
三个一组的附图是髋臼一个部位的三个视角示意图；
附图标记说明：
1--髋臼内上方骨盆；2--骨折块；3--髋臼内侧骨盆；4--髋臼壁；5--髋臼；6--3D打印钢板；61--螺钉孔；7--长轴螺钉；8--植骨；9--线或钢丝；10--3D打印占位器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参看如图1--图31所示，本具体实施方式的手术方法主要分成两部分：
一：设计和制作个性化3D打印钢板和占位器
11、建模分析病情，将患者术前的骨折的CT数据(DICOM格式等)导入计算机，通过Mimisc等软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情(如图1-图3)
12、模拟骨折复位：
将“三维立体骨折数字化模型”，并在计算机上用Magics等软件实施“骨折块复位”(如图4-图6)
13、据数字化骨骼模型，以达到最优生物力学性能为目标，设计个性化3D打印钢板，并确定螺钉尺寸和钉道方位：
计算机上，在“复位后的骨折数字化模型”里，以追求最优生物力学性能为目标，设计个性化3D打印钢板，并确定螺钉的尺寸和钉道方位(如图7-图9)
14、对于骨折块有缺损区的患者，针对性设计钢板垫片或植骨方案：
计算机设计时，一定会确保髋臼关节面的平整光滑，对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案(如图10)
15、对于骨折块过小或者无法用螺钉固定者，在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线对骨折块进行固定：
有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定(以上设计均以追求最优生物力学性能为目标进行设计)(如图11-图13)
16、设计个性化3D打印临时占位器：
以前面的设计为基础，将骨折块去掉后，设计与骨折块外形相似的占位器，这个占位器能与个性化3D打印钢板以唯一的方位紧密结合，又因为占位器其本身只能以唯一的方位与骨折缺损区相结合，从而发挥引导钢板安装位置和临时固定的作用；(图14-图16)
17、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：
将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，钢板物采用符合内植物标准的金属3D打印，占位器采用尼龙3D打印并进行检验，如果合格，则进行消毒，等待手术备用
二:手术实施
21、前序常规步骤：
比如经典的髋臼后壁骨折的体位是采用侧卧未或侧俯卧位，然后行髋后外侧弧形切口(或其他的手术入路，本方法对手术入路没有限制)，进入髋关节腔后进行股骨头脱位暴露整个髋臼，并暴露髋臼后上方区域
22、按术前计划充分暴露将骨折块拿到体外进行相应处理：
依据之后钢板及占位器的大小对切口进行解剖，暴露到合适范围后，将骨折块暂时拿走，在体外进行复位和加工等相应处理备用；(如图17-图19)
23、安装个性化3D打印钢板和占位器的组合件：
先将个性化3D打印钢板和占位器在体外先组装好，然后利用占位器与骨折缺损区的匹配性指导钢板的放置安装，并起到临时固定的作用(图14-图16)。
24、向骨折块之外骨盆区植入螺钉，固定钢板：
依据术前设计，根据螺钉的型号、长度和植入钉道方位，通过钢板向骨折块以外的骨盆区域植入螺钉，固定钢板。(图20-图22)
25、完成金属内固定框架的搭建：
将临时占位器去除后，剩下完整的钢板和骨盆的牢靠结合，检查内固定安装是否牢靠，并作相应处理，从而搭建起金属内固定框架(图23-图25)
26、复原骨折块：
将开始拿走备用的骨折块装入骨折区域，进行复位，此时有个性化钢板的指导和约束，骨折块能得到精细的解剖复位(图26-图28)
27、安装通过骨折块的螺钉，固定骨折块：(图29-图31)
此时，按术前设计将骨折块固定起来，反复检查无误后手术结束
本具体实施方式操作时，对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案，(如图10)
有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定。
本具体实施方式先通过计算机依据骨折数字化模型，以追求生物力学性为目的设计一个髋臼后壁骨折专用的个性化钢板，并同时设计出一个刚好能匹配骨折缺口区的占位器作为导向工具，钢板能与占位器以唯一的方位完美组合；之后将两者分别通过金属3D打印和尼龙3D打印制作出来，组装后应用到手术当中；术中通过螺钉将钢板固定到髋臼后上方构建一个内固定框架，之后将占位器拆除后将骨折块复位并进行固定，从而达到精准固定。使得该手术做得更快更准更安全，骨折块固定得生物力学性能更好。
本具体实施方式在术前可以完全了解疾病情况；可以直观反复地进行手术规划、模拟手术，从而确定手术方案；可以确定完全确定内固定物(成品化产品)的类型、型号；可以通过生物力学设计使得内固定发挥最佳功能。术中，切口和解剖暴露的范围按术前计划预案进行，且暴露范围减小，组织损伤小；依靠个性化3D打印钢板和占位器组件的应用，能够做到精准复位；依靠个性化3D打印钢板和占位器组件进行临时固定，十分牢靠，使用的钢板内固定是个性化3D打印制作的，匹配度好，生物力学性能可靠，依据术前计算机模拟手术计划安装固定装置，依据术前计算机模拟手术计划安装螺钉，可控性大，内固定牢靠，避免损伤其他重要结构，不需要反复临时固定和反复固定装置，不需要反复术中X线透视。术后，内固定安装完成后骨折块不易松动，生物力学性能好。
本具体实施方式所述的内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，由传统的先复位骨折块后固定，改变成先搭建金属内固定框架后复原骨折块；设计出一套与传统工艺制作的钢板完全不一样的个性化3D打印钢板，与整个髋臼完美贴服，具有极佳的生物力学稳定性；提前设计了最优置钉路径和深度，并设计出相应的导向工具，可减少解剖暴露范围，减少机体损伤，并避免螺钉固定不牢靠和误伤其他结构。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，其特征在于：所述手术方法主要分成两部分：
(一)：设计和制作个性化3D打印钢板和占位器
(11)、建模分析病情，将患者术前的骨折的CT数据导入计算机，通过Mimisc等软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情；
(12)、模拟骨折复位：将“三维立体骨折数字化模型”，并在计算机上用Magics等软件实施“骨折块复位”；
(13)、据数字化骨骼模型，设计个性化3D打印钢板，并确定螺钉尺寸和钉道方位：
(14)、对于骨折块有缺损区的患者，针对性设计钢板垫片或植骨方案：
计算机设计时，一定会确保髋臼关节面的平整光滑，对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案；
(15)、对于骨折块过小或者无法用螺钉固定者，在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线对骨折块进行固定；有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定；
(16)、设计个性化3D打印临时占位器：
以前面的设计为基础，将骨折块去掉后，设计与骨折块外形相似的占位器，这个占位器能与个性化3D打印钢板以唯一的方位紧密结合，又因为占位器其本身只能以唯一的方位与骨折缺损区相结合，从而发挥引导钢板安装位置和临时固定的作用；
(17)、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：
将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，钢板物采用符合内植物标准的金属3D打印，占位器采用尼龙3D打印并进行检验，如果合格，则进行消毒，等待手术备用；
(二):手术实施
(21)、前序常规步骤：
比如经典的髋臼后壁骨折的体位是采用侧卧未或侧俯卧位，然后行髋后外侧弧形切口，进入髋关节腔后进行股骨头脱位暴露整个髋臼，并暴露髋臼后上方区域；
(22)、按术前计划充分暴露将骨折块拿到体外进行相应处理：
依据之后钢板及占位器的大小对切口进行解剖，暴露到合适范围后，将骨折块暂时拿走，在体外进行复位和加工等相应处理备用；
(23)、安装个性化3D打印钢板和占位器的组合件：
先将个性化3D打印钢板和占位器在体外先组装好，然后利用占位器与骨折缺损区的匹配性指导钢板的放置安装，并起到临时固定的作用；
(24)、向骨折块之外骨盆区植入螺钉，固定钢板：
依据术前设计，根据螺钉的型号、长度和植入钉道方位，通过钢板向骨折块以外的骨盆区域植入螺钉，固定钢板；
(25)、完成金属内固定框架的搭建：
将临时占位器去除后，剩下完整的钢板和骨盆的牢靠结合，检查内固定安装是否牢靠，并作相应处理，从而搭建起金属内固定框架；
(26)、复原骨折块：
将开始拿走备用的骨折块装入骨折区域，进行复位，此时有个性化钢板的指导和约束，骨折块能得到精细的解剖复位；
(27)、安装通过骨折块的螺钉，固定骨折块：
此时，按术前设计将骨折块固定起来，反复检查无误后手术结束。
2.根据权利要求1所述的内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，其特征在于：对于骨折块与钢板之间不能完全贴服有缺损的情况，如果缺损较大则设计另外一块个性化3D打印钢板垫片，如果缺损较小则可采用书中颗粒填塞植骨方案；有的患者骨折块过小或者无法用螺钉固定，此时在钢板上设计钢丝或缝线孔，穿插钢丝或缝线可以对骨折块进行较好地固定。
3.根据权利要求1所述的内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法，其特征在于：所述的方法先通过计算机依据骨折数字化模型，以追求生物力学性为目的设计一个髋臼后壁骨折专用的个性化钢板，并同时设计出一个刚好能匹配骨折缺口区的占位器作为导向工具，钢板能与占位器以唯一的方位完美组合；之后将两者分别通过金属3D打印和尼龙3D打印制作出来，组装后应用到手术当中；术中通过螺钉将钢板固定到髋臼后上方构建一个内固定框架，之后将占位器拆除后将骨折块复位并进行固定，从而达到精准固定。
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|---|---|---|---|
| CN201810390029.3A CN108652741A (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 内固定框架系统全程辅助完成髋臼后壁骨折手术的新方法 |
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|---|---|
| CN108652741A true CN108652741A (zh) | 2018-10-16 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110693570A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-01-17 | 中南大学湘雅医院 | 一种踝上截骨手术套装工具装置及其制作方法 |
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2018
- 2018-04-27 CN CN201810390029.3A patent/CN108652741A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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