CN108904104A - 一种基于3d打印个性化髋臼及骨内支撑假体及与支撑假体配合使用的手术导板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印个性化髋臼及骨内支撑假体，包括3D打印的髋臼杯和与髋臼杯一体打印连接的蜂窝状支撑体，髋臼杯的内壁表面设有凸起，壁体上设置髋臼杯固定孔。同时本发明还提供了与支撑假体相配合使用的手术导板，并提供了其制备方法。本发明的一种基于3D打印个性化髋臼及骨内支撑假体与配合使用的手术导板，对病变区重建的匹配度高，手术导板定位准确，辅助医生快速切除病变部位，固定螺钉位置定位精准，“蜂窝状”支撑结构有利于骨组织快速生长，缩短病人康复时间，优于传统预后效果，术中操作较传统方式更为简捷、精确、可靠，针对髋关节重建方案的不足，通过术前详细规划，可实现对目标缺损区的个性化精确重建。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体，同时提供与支撑假体相配合使用的手术导板，并提供了其制备方法。
背景技术
髋臼是人运动、负重的主要部位，髋臼周缘有纤维软骨构成的髋臼唇，可容纳股骨头的2/3 面积，从而紧抱股骨头，增加关节的稳固性。
目前经典的髋关节重建装置通常由填充骨水泥、同种异体骨植入，现如今的髋臼杯假体植入物犹如松质骨较为脆弱，髋臼杯植入后，在受到较大应力的作用下，髋臼杯与松质骨之间的接触面应力增大，可能会导致松质骨的塌陷，从而造成髋臼杯假体的固定失败，严重者须二次手术。
因此亟需一种更好的实现髋臼缺损重建、形成生理曲度及骨接触面的精确匹配、有利于骨质生长和长期固定的髋臼假体。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体及与支撑假体相配合使用的手术导板，同时还提供了其制备方法。
基于上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体，包括3D 打印的髋臼杯和与髋臼杯一体打印连接的蜂窝状支撑体，髋臼杯的内壁表面设有凸起，壁体上设置髋臼杯固定孔。
支撑体的侧壁上设有卡块，支撑体底部与骨腔内壁相匹配。
所述髋臼杯及蜂窝状支撑体的打印材料为钛合金、纯钛、钽、高分子材料或生物陶瓷。
所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体的制备方法，包括以下步骤：1）通过CT扫描、提取患者目标髋关节模型数据建立髋关节模型；2）根据建立的髋关节模型，在髋关节模型上模拟植钉路径，并根据髋关节模型形状位置设计支撑假体与髋关节骨腔内壁接触的曲面；3）通过3D 打印技术制作即可。
与所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体配合使用的手术导板，包括与髋关节表面紧密贴合的手术导板本体，手术导板本体呈长条形，手术导板本体沿长度方向开设有摆锯导孔，手术导板本体的两端开设摆据导向孔，手术导板本体通过摆据导向孔内设的克氏针固定在髋关节表面；手术导板本体的一侧通过连接板与固定板连接，固定板的下表面与骨质紧密贴合，连接板与固定板之间设有支撑块，支撑块上开设支撑块固定孔，固定板通过支撑块固定孔内设的克氏针固定在髋关节的骨质上；所述手术导板本体、连接板、固定板与支撑块均采用3D打印且一体成型。
所述手术导板采用高分子材料或生物陶瓷制成。
本发明中的高分子材料只要满足对人体无毒无害具有一定强度且可实现3D打印即可，譬如，PA6等。
所述的手术导板的制备方法，包括以下步骤：1）根据患者CT 扫描的原始数据，提取患者目标髋关节模型数据建立髋关节模型；2）根据建立的髋关节模型，模拟切割路径，并根据髋关节模型的形状、位置设计手术导板，且使手术导板的固定板与髋关节的接触曲面紧密贴合；3）通过3D 打印技术制作即可。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明的一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体与配合使用的手术导板，对病变区重建的匹配度高，手术导板定位准确，辅助医生快速切除病变部位，固定螺钉位置定位精准，“蜂窝状”支撑结构有利于骨组织快速生长，缩短病人康复时间，优于传统预后效果，术中操作较传统方式更为简捷、精确、可靠，针对髋关节重建方案的不足，通过术前详细规划，可实现对目标缺损区的个性化精确重建；
2）支撑假体与手术导板均根据患者CT数据进行设计，通过3D 打印技术制作而成，髋臼假体更加符合患者个体病变处的髋臼生理曲度，手术导板更加缩短手术中寻找切割位置的时间，减少患者的手术时间，同时减轻患者的创伤，并且更为有利于患者髋臼的功能恢复；
3）支撑假体为“蜂窝状”孔隙结构，有利于促进骨组织快速生长，缩短病人恢复时间；
4）髋臼假体内壁设计为凹凸结构，目的是使髋臼假体与髋关节病变切除处更牢固的锁定。同时支撑假体呈“蜂窝状”孔隙结构，有利于骨细胞爬行长入，促进骨组织的快速生长；
5）髋臼支撑假体的端部对应目标重建区域髋关节骨腔内壁接触面，该接触面根据患者骨腔内壁生理曲度设计，支撑假体设计为“蜂窝状”状孔隙，随着人体康复过程中骨细胞沿着骨小梁结构体的微孔爬行长入，使骨小梁结构体最终形成具有活性的植入替代物，使得髋臼假体与髋关节融为一体，后期不再依赖固定螺钉，从而实现二者更为长期与稳定的融合；
6）髋臼杯外壁设有（四个）髋臼杯固定孔，髋臼杯通过固定螺钉实现目标区域上下健康骨质的固定连接，固定螺钉抗沉降、抗旋转、抗脱位，髋臼杯内壁呈凹凸结构，可增加与衬垫的摩擦力（通常髋臼假体与髋关节之间设置有衬垫）。
附图说明
图1是基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体结构的结构示意图；
图2是图1不同角度下的支撑假体结构的结构示意图；
图3是基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体结构的使用状态示意图；
图4是一种基于3D 打印个性化髋关节手术导板结构示意图；
图5是一种基于3D 打印个性化髋关节手术导板结构的使用状态示意图。
具体实施方式
下面以具体实施方式来对本发明做进一步解释。
实施例1
一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体8如图1和图2所示，包括3D 打印的髋臼杯1和与髋臼杯1一体打印连接的蜂窝状支撑体2，髋臼杯1的内壁呈凸起11，髋臼杯1壁体上设置髋臼杯固定孔3；蜂窝状支撑体2的侧壁上设有卡块21，支撑体底部端面22与重建区域髋关节骨腔内壁贴合。
所述髋臼杯1及蜂窝状支撑体2的打印材料为钛合金。
基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体的制备方法，包括以下步骤：1）通过CT扫描、提取患者目标髋关节模型数据建立髋关节模型；2）根据建立的髋关节模型，在髋关节模型上模拟植钉路径，并根据髋关节模型形状位置设计支撑假体与髋关节骨腔内壁接触的曲面，使髋关节骨腔内壁与支撑假体紧密贴合；3）通过3D 打印技术制作即可。
与所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体相配合使用的手术导板，如图1和图2所示，包括与髋关节表面紧密贴合的手术导板本体4，手术导板本体4呈长条形，手术导板本体4开设有摆据导孔41，摆据导孔41走向与髋臼杯1圆周平行，手术导板本体4的两端开设摆据导向孔42，手术导板本体4通过摆据导向孔内42设的克氏针固定在髋关节表面，同时待手术导板本体4去除后，克氏针仍可保留在髋关节骨质上，可起到引导摆据继续对髋关节进行切割；手术导板本体4的一侧通过连接板5与固定板6连接，连接板5与固定板6之间设有支撑块7，支撑块7上开设支撑块固定孔71，固定板6通过支撑块固定孔71内设的克氏针固定在髋关节的骨质上，固定板6的下表面与骨质紧密贴合，所述手术导板本体4、连接板5、固定板6与支撑块7均采用3D打印且一体成型。
所述手术导板采用高分子材料或生物陶瓷制成，本实施例中的高分子材料只要满足对人体无毒无害具有一定强度且可实现3D打印即可，譬如PA6等。
所述手术导板的制备方法，包括以下步骤：1）根据患者CT 扫描的原始数据，提取患者目标髋关节模型数据；2）根据提取的髋关节模型，模拟切割路径，并根据病人髋关节模型形状、位置设计手术导板与髋关节之间的接触曲面，使两者紧密贴合；3）通过3D 打印技术制作即可。
在对患者进行髋关节置换术时，先剥离髋臼外上方部分软组织，再将手术导板安装在预定位置（根据提取的髋关节模型，模拟切割路径确定安装位置）（如图5所示），通过克氏针将手术导板固定在骨质上，利用摆据在摆据导孔内切割髋臼，之后将手术导板去除，位于摆据导向孔内的克氏针留在骨质内，在克氏针的导向下，进一步对髋臼进行全面切割，之后将支撑假体8放置在髋臼中（如图3所示），将衬垫置于髋臼杯内，螺钉固定即可。
本发明中，髋臼及孔隙结构的打印方式包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束熔融技术等，但不局限于以上打印方式的选择。
Claims (7)
1.一种基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体，其特征在于，包括3D 打印的髋臼杯和与髋臼杯一体打印连接的蜂窝状支撑体，髋臼杯的内壁表面设有凸起，壁体上设置髋臼杯固定孔。
2.如权利要求1所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体，其特征在于，支撑体的侧壁上设有卡块，支撑体底部与骨腔内壁相匹配。
3.如权利要求1所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体，其特征在于，所述髋臼杯及蜂窝状支撑体的打印材料为钛合金、纯钛、钽、高分子材料或生物陶瓷。
4.权利要求1或2所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）通过CT扫描、提取患者目标髋关节模型数据建立髋关节模型；2）根据建立的髋关节模型，在髋关节模型上模拟植钉路径，并根据髋关节模型形状位置设计支撑假体与髋关节骨腔内壁接触的曲面；3）通过3D 打印技术制作即可。
5.与权利要求1所述的基于3D 打印个性化髋臼及骨内支撑假体配合使用的手术导板，其特征在于，包括手术导板本体，手术导板本体呈长条形，手术导板本体沿长度方向开设有摆锯导孔，摆据导孔走向与髋臼杯圆周平行，手术导板本体的两端开设摆据导向孔；手术导板本体的一侧通过连接板与固定板连接，连接板与固定板之间设有支撑块，支撑块上开设支撑块固定孔，所述手术导板本体、连接板、固定板与支撑块均采用3D打印且一体成型。
6.如权利要求5所述的手术导板，其特征在于，所述手术导板采用高分子材料或生物陶瓷制成。
7.权利要求4所述的手术导板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据患者CT扫描的原始数据，提取患者目标髋关节模型数据建立髋关节模型；2）根据建立的髋关节模型，模拟切割路径，并根据髋关节模型的形状、位置设计手术导板，且使手术导板的固定板与髋关节的接触曲面紧密贴合；3）通过3D 打印技术制作即可。
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