CN108784782A - 3d打印股骨髁5合1整体化截骨装置及其成型方法 - Google Patents
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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Abstract
本发明提供了3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置及其成型方法，涉及医疗器械技术领域，为解决现有的全膝关节置换术股骨髁截骨易产生误差技术问题。涉及一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，包括：与患者患侧股骨髁相适应的股骨截骨装置模型，设置有股骨髁前方贴合面、股骨内髁贴合面和股骨外髁贴合面，所述股骨髁前方贴合面用于与股骨髁固定；所述股骨截骨装置模型受力不易变形；所述股骨截骨装置模型采用3D打印方式成型。能够将两次截骨过程合并为一次，做到股骨髁截骨一次完成，减少截骨导板使用，减少偏差。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置及其成型方法。
背景技术
人工膝关节表面置换术是晚期膝骨关节炎等疾病的主要治疗方法，术中需要分别做股骨髁和胫骨平台截骨。股骨髁有5个截骨面，由两个截骨装置分2次完成，第一个是水平面截骨装置，截出股骨髁第一个截骨面，第二个是4合1截骨导板装置，它在第一个截出的水平面上再截出股骨髁前后各两个面。股骨髁的这两次截骨都需要小心定位，仔细观测截骨装置位置，其间各种干扰因素较多，稍有偏差就会造成截骨位置不对，股骨假体位置不良，引起后期假体松动，手术失败。
因而，为了减少上述全膝关节置换术股骨髁截骨有可能出现的偏差，设计一种可以一次性手术的截骨装置很有必要。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，将两次截骨过程合并为一次，做到股骨髁截骨一次完成，减少截骨导板使用，减少偏差。
本发明提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，包括：与患者患侧股骨髁相适应的股骨截骨装置模型，设置有股骨髁前方贴合面、股骨内髁贴合面和股骨外髁贴合面，所述股骨髁前方贴合面用于与股骨髁固定；
所述股骨截骨装置模型受力不易变形；
所述股骨截骨装置模型采用3D打印方式成型。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述股骨截骨装置模型上设置有截骨线槽，所述截骨线槽设置在所述股骨髁前方贴合面下方两侧。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，所述截骨装置还包括线锯，所述线锯的两头分别沿股骨髁前方贴合面下方两侧的截骨线槽，自上而下、自前向后锯除股骨髁。
本发明的第二目的在于提供一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，将两次截骨过程合并为一次，做到股骨髁截骨一次完成，减少截骨导板使用，减少偏差。
本发明提供的一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，包括如下步骤：
步骤一、获得患者数据，采用MRI扫描患者的患侧踝关节至股骨头，扫描数据以DICOM格式保存输出；拍摄全下肢X光片，常规照双下肢全长位X光片；
步骤二、模型重建：对步骤一中的扫描数据进行处理，将DICOM数据导入MIMICS17.0软件进行前处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织，生成1:1的3D下肢骨模型；
步骤三、对步骤二中的3D下肢骨模型进行优化，用于术前模拟截骨使用；
步骤四、术前模拟，确定模型截骨的标志点，通过解剖标志点确定模型三维坐标，进行截骨量及截骨角度的定义，判断假体的匹配型号，形成股骨截骨装置模型并保存；
步骤五、将股骨截骨装置模型的数据输入3D打印机中，并打印成型。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤一中，扫描患者的层厚小于等于0.625mm。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤二中，将扫描数据导入Mimics17.0软件，采用Mimics 17.0软件进行重构股骨。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤二中，对步骤一的扫描数据进行处理，包括分离股骨、胫骨两部分图像信息，根据图像灰度，分离骨边界和软骨界面，获得清晰骨以及股骨髁软骨图像。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤五中，使用尼龙(PA3300)作为3D打印机打印材料。
在上述任一技术方案的基础上，进一步地，步骤五中获得的所述股骨截骨装置模型搭配线锯锯除股骨髁。
本发明提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置具有的有益效果如下：
采用本发明提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，包括与患者患侧股骨髁相适应的股骨截骨装置模型，设置有股骨髁前方贴合面、股骨内髁贴合面和股骨外髁贴合面，所述股骨髁前方贴合面用于与股骨髁固定；所述股骨截骨装置模型具有受力不易变形特性；所述股骨截骨装置模型采用3D打印方式成型；采用本技术方案，应用时，将由3D打印方式成型的股骨截骨装置模型贴在股骨髁上，将股骨髁前方贴合面、股骨内髁贴合面和股骨外髁贴合面的三个贴合面与患者患处完美贴合，形成的接触面没有缝隙，贴合稳定，且，股骨截骨装置模型具有受力不易变形特性，能够使受力不产生变形，将股骨髁前方贴合面用于与股骨髁固定后，股骨截骨装置模型不会相对股骨髁产生移动，此时，可以结合电动往返线锯沿着股骨截骨装置模型的相应轮廓面锯除股骨髁，将股骨髁截出后，安置股骨假体即可，只需要一次手术即可完成，能够避免手术过程中出现位移偏差，手术精度更高，手术效果更好。
采用本发明提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，包括如下步骤：步骤一、获得患者数据，采用MRI扫描患者的患侧踝关节至股骨头，扫描数据以DICOM格式保存输出；拍摄全下肢X光片，常规照双下肢全长位X光片；步骤二、模型重建：对步骤一中的扫描数据进行处理，将DICOM数据导入MIMICS17.0软件进行前处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织，生成1:1的3D下肢骨模型；步骤三、对步骤二中的3D下肢骨模型进行优化，用于术前模拟截骨使用；步骤四、术前模拟，确定模型截骨的标志点，通过解剖标志点确定模型三维坐标，进行截骨量及截骨角度的定义，判断假体的匹配型号，形成股骨截骨装置模型并保存；步骤五、将股骨截骨装置模型的数据输入3D打印机中，并打印成型；采用本技术方案，能够得到患者患处的精准数据，并将扫描数据进行处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织得到3D下肢骨模型，再通过术前模拟设计获得所需的股骨截骨装置模型，将最终获得的模型数据输入到3D打印机中，经由3D打印机成型出所需的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，以实现上述3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的全部技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一和二提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的轴侧结构示意图；
图2为本发明实施例一和二提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的使用结构示意图；
图3为本发明实施例一和二提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的使用后的患处的结构示意图；
图4为本发明实施例一和二提供的股骨髁术后安置股骨假体的结构示意图。
附图标号：
100-股骨截骨装置模型；
101-股骨髁前方贴合面；102-股骨内髁贴合面；103-股骨外髁贴合面；104-固定钉孔；105-截骨线槽；106-线锯。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1至图4所示，本实施例提供了一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的相应结构示意图、使用结构示意图及使用后的结构示意图，具体的，本实施例提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置包括：与患者患侧股骨髁相适应的股骨截骨装置模型100，设置有股骨髁前方贴合面101、股骨内髁贴合面102和股骨外髁贴合面103，股骨髁前方贴合面101用于与股骨髁固定；股骨截骨装置模型100具有受力不易变形特性；股骨截骨装置模型100采用3D打印方式成型。
需要说明的是，应用时，将由3D打印方式成型的股骨截骨装置模型100贴在股骨髁上，将股骨髁前方贴合面101、股骨内髁贴合面102和股骨外髁贴合面103的三个贴合面与患者患处完美贴合，形成的接触面没有缝隙，贴合稳定，且，股骨截骨装置模型100具有受力不变形特性，能够使受力不产生变形，将股骨髁前方贴合面101用于与股骨髁固定后，股骨截骨装置模型100不会相对股骨髁产生移动，此时，可以结合电动往返线锯沿着股骨截骨装置模型100的相应轮廓面锯除股骨髁，将股骨髁截出后，安置股骨假体即可，只需要一次手术即可完成，能够避免手术过程中出现位移偏差，手术精度更高，手术效果更好。
具体的，股骨截骨装置模型100具有受力不易变形特性，采用尼龙(PA3300)作为打印原材料，尼龙(PA3300)可以使用高温灭菌、不易变形，能够进行临床使用、安全有效。
需要指出的是，本实施例提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，股骨截骨装置模型100为由对患者患处的踝关节至股骨头之间数据进行扫描作为初始数据，经由一系列优化后得到的数据结构，再经由3D打印机打印成型，能够直接成型出适宜患者患处手术应用、尺寸匹配度高的手术辅助用具，利于缩短股骨髁截骨的手术时间，提高手术精度，避免出现手误误差。
本实施例的可选技术方案为，股骨截骨装置模型100上设置有截骨线槽105，截骨线槽105设置在股骨髁前方贴合面101下方两侧。
需要说明的是，本实施例的截骨线槽105沿股骨截骨装置模型100的侧部贯穿设置，形成线槽结构，可便于线锯的穿过。
本实施例的可选技术方案为，截骨装置还包括线锯，线锯的两头分别沿股骨髁前方贴合面101下方两侧的截骨线槽105，自上而下、自前向后锯除股骨髁。
需要说明的是，本实施例的设置有股骨髁前方贴合面101的一侧贯穿设置有紧固钉穿过的固定钉孔104，固定钉孔104优选设置有两个，或者，通过判断股骨髁前方贴合面101的成型结构，确定固定钉孔104的数量，只要能够便于将股骨截骨装置模型100与患者患处股骨髁固定即可，紧固方式也不仅限于紧固钉，还可以为其它紧固件，根据需要使用即可。
另外，需要指出的是，本实施例提供的股骨截骨装置模型100，成型后股骨髁前方贴合面101设置在上方，股骨截骨装置模型100的下方为包饶股骨髁的结构，股骨内髁贴合面102和股骨外髁贴合面103均设置再下方相应位置处，与股骨髁相应位置相贴合。
实施例二
本实施例提供的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，包括如下步骤：
步骤一、获得患者数据，采用MRI扫描患者的患侧踝关节至股骨头，扫描数据以DICOM格式保存输出；拍摄全下肢X光片，常规照双下肢全长位X光片；
步骤二、模型重建：对步骤一中的扫描数据进行处理，将DICOM数据导入MIMICS17.0软件进行前处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织，生成1:1的3D下肢骨模型；
步骤三、对步骤二中的3D下肢骨模型进行优化，用于术前模拟截骨使用；
步骤四、术前模拟，在Materalise 3-matic、SIEMENS NX 9.0软件中确定模型截骨的标志点，通过解剖标志点确定模型三维坐标，进行截骨量及截骨角度的定义，再通过测量股骨髁截骨面尺寸判断假体的匹配型号，贴服区域选择后出具截骨模块报告，形成股骨截骨装置模型100，即，形成股骨截骨导板模型，并保存，保存该股骨截骨导板模型为STL格式；
步骤五、将股骨截骨装置模型100的数据输入3D打印机中，并打印成型；此种材料可使用高温灭菌、不易变形，使用安全有效。
需要说明的是，采用本实施例的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，能够得到患者患处的精准数据，并将扫描数据进行处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织，生成1:1的3D下肢骨模型，再通过术前模拟获得所需的股骨截骨装置模型100，将最终获得的模型数据输入到3D打印机中，经由3D打印机成型出所需的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，以实现上述实施例一的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的全部技术效果，在此不再赘述。
本实施例的可选技术方案为，步骤一中，扫描患者的层厚小于等于0.625mm，需要确保患者扫描时下肢没有位移(可固定脚踝)。
本实施例的可选技术方案为，步骤三中，3D下肢骨模型的优化后，以STL格式保存三维模型，用于术前模拟截骨时使用。
具体的，步骤二中，将扫描数据导入Mimics 17.0软件，采用Mimics 17.0软件进行重构股骨。
具体的，步骤二中，对步骤一的扫描数据进行处理，包括分离股骨、胫骨两部分图像信息，根据图像灰度，分离骨边界和软骨界面，获得清晰骨以及股骨髁软骨图像。
进行上述数据处理后，提取骨模型，并用Mimics 17.0软件重构股骨，以三角面片渲染的方法呈现3D下肢骨模型。
本实施例的可选技术方案为，步骤五中，使用尼龙(PA3300)作为3D打印机打印材料。
本实施例的可选技术方案为，步骤五中获得的股骨截骨装置模型100搭配线锯锯除股骨髁。
采用本实施例的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，得到实施例一的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，应用时，将该模型贴合在股骨髁上，主要有股骨前方贴合面和股骨内髁贴合面102、外髁贴合面，三个贴合面必须完美贴合，接触面没有缝隙，贴合后稳定，不会移动，受力不变形，使用两枚紧固钉通过预留的固定钉孔104钻入上述实施例一股骨髁前方贴合面101，将手术用的线锯从截骨线槽105前上部分中穿过，线锯两端穿过两侧的截骨线槽105，线锯两端分别连接电动往返锯，收紧；启动电动往返线锯，使线锯严格沿截骨线槽105内自上向下，自前向后锯除股骨髁，截出的股骨髁如图3所示，然后安置如图4所示的股骨假体。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，包括：与患者患侧股骨髁相适应的股骨截骨装置模型，设置有股骨髁前方贴合面、股骨内髁贴合面和股骨外髁贴合面，所述股骨髁前方贴合面用于与股骨髁固定；
所述股骨截骨装置模型受力不易变形；
所述股骨截骨装置模型采用3D打印方式成型。
2.根据权利要求1所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，所述股骨截骨装置模型上设置有截骨线槽，所述截骨线槽设置在所述股骨髁前方贴合面下方两侧。
3.根据权利要求2所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，所述截骨装置还包括线锯，所述线锯的两头分别沿股骨髁前方贴合面下方两侧的截骨线槽，自上而下、自前向后锯除股骨髁。
4.一种3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、获得患者数据，采用MRI扫描患者的患侧踝关节至股骨头，扫描数据以DICOM格式保存输出；拍摄全下肢X光片，常规照双下肢全长位X光片；
步骤二、模型重建：对步骤一中的扫描数据进行处理，将DICOM数据导入MIMICS17.0软件进行前处理，通过MRI灰度值的差异，用阈值命令提取膝关节组织，生成1:1的3D下肢骨模型；
步骤三、对步骤二中的3D下肢骨模型进行优化，用于术前模拟截骨使用；
步骤四、术前模拟，确定模型截骨的标志点，通过解剖标志点确定模型三维坐标，进行截骨量及截骨角度的定义，判断假体的匹配型号，形成股骨截骨装置模型并保存；
步骤五、将股骨截骨装置模型的数据输入3D打印机中，并打印成型。
5.根据权利要求4所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，步骤一中，扫描患者的层厚小于等于0.625mm。
6.根据权利要求4所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，步骤二中，将扫描数据导入Mimics 17.0软件，采用Mimics 17.0软件进行重构股骨。
7.根据权利要求4所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，步骤二中，对步骤一的扫描数据进行处理，包括分离股骨、胫骨两部分图像信息，根据图像灰度，分离骨边界和软骨界面，获得清晰骨以及股骨髁软骨图像。
8.根据权利要求4所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，步骤五中，使用尼龙(PA3300)作为3D打印机打印材料。
9.根据权利要求4所述的3D打印股骨髁5合1整体化截骨装置，其特征在于，步骤五中获得的所述股骨截骨装置模型搭配线锯锯除股骨髁。
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