CN108938042A - 个性化膝关节截骨导板组件及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板、个性化膝关节胫骨近端截骨导板、截骨槽金属组件和定位孔金属套筒，个性化膝关节截骨导板组件巧妙地利用了术中患者个性化的骨赘作为股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板的定位标记，不需要借助于关节面软骨来进行固定，使得术中定位卡压方便，又不受关节软骨因素影响。当股骨远端截骨导板与股骨皮质卡压固定良好时，此位置即截骨导板安放并进行股骨远端截骨的位置，因而不需要开髓定位，减少手术步骤，节省时间。
Description
技术领域
本发明涉及医学工具领域，具体为个性化膝关节截骨导板组件及其设计方法。
背景技术
膝关节截骨导板用于全膝关节置换术中的截骨过程，传统的导板均为非个性化设计，或多或少的不符合患者的需求，而相对新兴的3D打印个性化膝关节截骨导板在这方面有了改进，其基于医学影像数据设计与制造，在术前进行模拟手术、制定手术计划，术中按照术前计划进行精确的截骨。
现有的3D打印个性化膝关节截骨导板在关节软骨因素的处理上存在一些不足，MR数据无法准确提取软骨建模，尤其在软骨发生退变的时候，CT与MR数据的配准融合也会带来误差及困扰，以至导板设计时无法准确估计关节软骨厚度，从而影响截骨的精确性，另有部分导板虽可估计软骨厚度，但实际操作过程中去除软骨会增加手术时间及无法准确固位，且目前所有的3D打印个性化膝关节截骨导板对于股骨髁存在发育不均衡、膝关节胫骨股骨陈旧性骨折畸形愈合及较大骨质缺损均不能完成全部的截骨过程，且现有导板没有考虑膝关节周围软组织平衡及屈伸间隙为矩形；另外进口导板价格昂贵，生产运输耗时较长，因此，需要对现有导板进行改进。
目前常见的膝关节截骨导板的制作方法主要是根据CT、MRI数据提取下肢骨骼、膝关节面软骨之后，确定下肢机械轴、力线、通髁轴、髁间切迹等生物力学标志后，结合所需置换的膝关节假体数据，进行CAD设计，确定截骨平面及股骨外旋角度，导板的导向槽就是实际需要的截骨平面，是不能随意更改的，而导板的整体形态不是恒定的，无论其怎么样变化都始终围绕“准确就位固定，导板导向槽与设计保持一致以提高截骨精度”。
发明内容
本发明的目的在于提供个性化膝关节截骨导板组件及其设计方法，为解决以上背景技术问题。
为实现以上目的，本发明提供了个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板、个性化膝关节胫骨近端截骨导板、截骨槽金属组件和定位孔金属套筒，所述个性化膝关节股骨远端截骨导板包括股骨远端截骨导板本体，所述股骨远端截骨导板本体的中部上开有贯穿其内外侧面的股骨远端截骨槽，所述股骨远端截骨导板本体上设有用于截骨槽金属组件放置的卡槽和便于截骨槽金属组件取出的取件结构，所述股骨远端截骨槽和截骨槽金属组件放置卡槽的深度方向与股骨远端截骨方向一致，所述股骨远端截骨导板本体的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构，所述股骨远端截骨导板本体的一端端部设有股骨定位柱，所述股骨定位柱上开有股骨定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述股骨远端截骨导板本体的另一端端部具有两个延伸部，所述延伸部上设有外旋定位柱，所述外旋定位柱上开有确定外旋截骨角度的定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述股骨远端截骨导板本体上设有增大握取摩擦力的结构。
进一步的，所述的股骨远端截骨导板本体呈L形布置。
进一步的，所述个性化膝关节胫骨近端截骨导板包括胫骨近端截骨导板本体，所述胫骨近端截骨导板本体上开有贯通其内外侧面的胫截骨槽，所述胫骨近端截骨导板本体上开有用于截骨槽金属组件放置的卡槽和便于配套金属组件取出的结构，所述胫骨近端截骨导板本体的内侧面为用于与胫骨近端前方皮质及骨赘弧形面相配合接触的弧面结构，所述胫骨近端截骨导板本体前侧上开有导板定位柱，所述导板定位柱上开有定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述胫骨近端截骨导板本体上设有增大握取摩擦力的结构。
进一步的，所述的胫骨近端截骨导板本体呈L形布置。
进一步的，所述的截骨槽金属组件包括截骨槽金属组件本体，所述截骨槽金属组件本体开有前后贯穿的截骨槽。
进一步的，所述的定位孔金属套筒包括定位孔金属套筒本体，所述定位孔金属套筒本体为阶梯轴，开有前后贯穿的圆孔。
个性化膝关节截骨导板组件的设计方法，包括以下步骤：
1)、根据患者髋、膝、踝关节的三维CT数据建立下肢三维数字化模型，并通过该三维数字化模型进行力线测量、模拟截骨；
2)、当模拟截骨的截骨量与所欲安装假体厚度一致且下肢力线为中立位时，以此时的数据设计股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板；进行设计时，股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板分别选取股骨远端前方及胫骨近端前方皮质面及特异的骨赘作为固位标记，并结合术中可分离软组织的范围确定此固位标记的范围，再利用布尔运算制作出三维数字化模型，该三维数字化模型与相应的股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板的接触固位部分呈凹凸相嵌的弧面结构；
3)、在已完成模拟截骨的股骨远端上定位股骨内上髁及股骨外上髁，并进行多次测量通髁轴后取均值，并以髁间切迹进行校准，以此通髁轴为基础设计股骨多面截骨板的定位孔，该孔与股骨假体标准截骨板上的孔位同轴。
本发明的有益效果是个性化膝关节截骨导板组件巧妙地利用了术中患者个性化的骨赘作为股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板的定位标记，不需要借助于关节面软骨来进行固定，使得术中定位卡压方便，又不受关节软骨因素影响。当股骨远端截骨导板与股骨皮质卡压固定良好时，此位置即截骨导板安放并进行股骨远端截骨的位置，因而不需要开髓定位，减少手术步骤，节省时间。
附图说明
图1为本发明的导板组件结构示意图。
图2a为本发明的个性化膝关节股骨远端截骨导板正面结构示意图。
图2b为本发明的个性化膝关节股骨远端截骨导板反面结构示意图。
图3a为本发明的个性化膝关节胫骨近端截骨导板正面结构示意图。
图3b为本发明的个性化膝关节胫骨近端截骨导板反面结构示意图。
图4为本发明的截骨槽金属组件结构示意图。
图5为本发明的定位孔金属套筒结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
实施例1
如图1、2a和2b所示，个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板1、个性化膝关节胫骨近端截骨导板2、截骨槽金属组件3和定位孔金属套筒4，所述个性化膝关节股骨远端截骨导板1包括股骨远端截骨导板本体1.1，所述股骨远端截骨导板本体1.1的中部上开有贯穿其内外侧面的股骨远端截骨槽1.2，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽1.3和便于截骨槽金属组3件取出的取件结构1.4，所述股骨远端截骨槽1.2和截骨槽金属组件放置卡槽1.3的深度方向与股骨远端截骨方向一致，所述股骨远端截骨导板本体1.1的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构1.4，所述股骨远端截骨导板本体1.1的一端端部设有股骨定位柱1.5，所述股骨定位柱1.5上开有股骨定位孔1.6和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.7，所述股骨远端截骨导板本体1.1的另一端端部具有两个延伸部1.8，所述延伸部1.8上设有外旋定位柱1.9，所述外旋定位柱1.9上开有确定外旋截骨角度的定位孔1.10和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.11，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有增大握取摩擦力的结构1.12。
进一步的，所述的股骨远端截骨导板本体1.1呈L形布置。
实施例2
如图1、2a、2b、3a和3b所示，个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板1、个性化膝关节胫骨近端截骨导板2、截骨槽金属组件3和定位孔金属套筒4，所述个性化膝关节股骨远端截骨导板1包括股骨远端截骨导板本体1.1，所述股骨远端截骨导板本体1.1的中部上开有贯穿其内外侧面的股骨远端截骨槽1.2，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽1.3和便于截骨槽金属组3件取出的取件结构1.4，所述股骨远端截骨槽1.2和截骨槽金属组件放置卡槽1.3的深度方向与股骨远端截骨方向一致，所述股骨远端截骨导板本体1.1的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构1.4，所述股骨远端截骨导板本体1.1的一端端部设有股骨定位柱1.5，所述股骨定位柱1.5上开有股骨定位孔1.6和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.7，所述股骨远端截骨导板本体1.1的另一端端部具有两个延伸部1.8，所述延伸部1.8上设有外旋定位柱1.9，所述外旋定位柱1.9上开有确定外旋截骨角度的定位孔1.10和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.11，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有增大握取摩擦力的结构1.12。
进一步的，所述的股骨远端截骨导板本体1.1呈L形布置。
进一步的，所述个性化膝关节胫骨近端截骨导板2包括胫骨近端截骨导板本体2.1，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上开有贯通其内外侧面的胫截骨槽2.2，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上开有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽2.3和便于配套金属组件取出的结构2.4，所述胫骨近端截骨导板本体2.1的内侧面为用于与胫骨近端前方皮质及骨赘弧形面相配合接触的弧面结构2.5，所述胫骨近端截骨导板本体2.1前侧上开有导板定位柱2.6，所述导板定位柱2.6上开有定位孔2.7和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽2.8，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上设有增大握取摩擦力的结构2.9。
进一步的，所述的胫骨近端截骨导板本体2.1呈L形布置。
实施例3
如图1、2a、2b、3a、3b、4和5所示，个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板1、个性化膝关节胫骨近端截骨导板2、截骨槽金属组件3和定位孔金属套筒4，所述个性化膝关节股骨远端截骨导板1包括股骨远端截骨导板本体1.1，所述股骨远端截骨导板本体1.1的中部上开有贯穿其内外侧面的股骨远端截骨槽1.2，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽1.3和便于截骨槽金属组3件取出的取件结构1.4，所述股骨远端截骨槽1.2和截骨槽金属组件放置卡槽1.3的深度方向与股骨远端截骨方向一致，所述股骨远端截骨导板本体1.1的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构1.4，所述股骨远端截骨导板本体1.1的一端端部设有股骨定位柱1.5，所述股骨定位柱1.5上开有股骨定位孔1.6和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.7，所述股骨远端截骨导板本体1.1的另一端端部具有两个延伸部1.8，所述延伸部1.8上设有外旋定位柱1.9，所述外旋定位柱1.9上开有确定外旋截骨角度的定位孔1.10和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽1.11，所述股骨远端截骨导板本体1.1上设有增大握取摩擦力的结构1.12。
进一步的，所述的股骨远端截骨导板本体1.1呈L形布置。
进一步的，所述个性化膝关节胫骨近端截骨导板2包括胫骨近端截骨导板本体2.1，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上开有贯通其内外侧面的胫截骨槽2.2，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上开有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽2.3和便于配套金属组件取出的结构2.4，所述胫骨近端截骨导板本体2.1的内侧面为用于与胫骨近端前方皮质及骨赘弧形面相配合接触的弧面结构2.5，所述胫骨近端截骨导板本体2.1前侧上开有导板定位柱2.6，所述导板定位柱2.6上开有定位孔2.7和用于定位孔金属套筒4放置的圆槽2.8，所述胫骨近端截骨导板本体2.1上设有增大握取摩擦力的结构2.9。
进一步的，所述的胫骨近端截骨导板本体2.1呈L形布置。
进一步的，所述的截骨槽金属组件3包括截骨槽金属组件本体3.1，所述截骨槽金属组件本体3.1开有前后贯穿的截骨槽3.2。
进一步的，所述的定位孔金属套筒4包括定位孔金属套筒本体4.1，所述定位孔金属套筒本体4.1为阶梯轴，开有前后贯穿的圆孔4.2。
个性化膝关节截骨导板组件的设计方法，包括以下步骤：
1)、根据患者髋、膝、踝关节的三维CT数据建立下肢三维数字化模型，并通过该三维数字化模型进行力线测量、模拟截骨；
2)、当模拟截骨的截骨量与所欲安装假体厚度一致且下肢力线为中立位时，以此时的数据设计股骨远端截骨导板2及胫骨近端截骨导板1；进行设计时，股骨远端截骨导板2及胫骨近端截骨导板1分别选取股骨远端前方及胫骨近端前方皮质面及特异的骨赘作为固位标记，并结合术中可分离软组织的范围确定此固位标记的范围，再利用布尔运算制作出三维数字化模型，该三维数字化模型与相应的股骨远端截骨导板1及胫骨近端截骨导板2的接触固位部分呈凹凸相嵌的弧面结构；
3)、在已完成模拟截骨的股骨远端上定位股骨内上髁及股骨外上髁，并进行多次测量通髁轴后取均值，并以髁间切迹进行校准，以此通髁轴为基础设计股骨多面截骨板的定位孔，该孔与股骨假体标准截骨板上的孔位同轴。
本发明的工作原理为根据病人的身体构造定制适合的个性化膝关节截骨导板组件，通过股骨远端截骨导板本体1.1的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构1.4将股骨远端截骨导板本体1.1与患者股骨进行定位，并截骨槽金属组件3放置在股骨远端截骨导板本体1.1上设有用于截骨槽金属组件3放置的卡槽1.3，再通过股骨远端截骨导板本体1.1的一端端部设有股骨定位柱1.5将股骨远端截骨导板本体通过定位孔金属套筒4固定，同理胫骨近端截骨导板本体按照上述方法连接，
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.个性化膝关节截骨导板组件，包括：个性化膝关节股骨远端截骨导板、个性化膝关节胫骨近端截骨导板、截骨槽金属组件和定位孔金属套筒，其特征在于：所述个性化膝关节股骨远端截骨导板包括股骨远端截骨导板本体，所述股骨远端截骨导板本体的中部上开有贯穿其内外侧面的股骨远端截骨槽，所述股骨远端截骨导板本体上设有用于截骨槽金属组件放置的卡槽和便于截骨槽金属组件取出的取件结构，所述股骨远端截骨槽和截骨槽金属组件放置卡槽的深度方向与股骨远端截骨方向一致，所述股骨远端截骨导板本体的内侧面具有用于与股骨远端前方皮质及骨赘呈弧形面贴合接触定位结构，所述股骨远端截骨导板本体的一端端部设有股骨定位柱，所述股骨定位柱上开有股骨定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述股骨远端截骨导板本体的另一端端部具有两个延伸部，所述延伸部上设有外旋定位柱，所述外旋定位柱上开有确定外旋截骨角度的定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述股骨远端截骨导板本体上设有增大握取摩擦力的结构。
2.根据权利要求1所述的个性化膝关节截骨导板组件，其特征在于：所述的股骨远端截骨导板本体呈L形布置。
3.根据权利要求1所述的个性化膝关节截骨导板组件，其特征在于：所述个性化膝关节胫骨近端截骨导板包括胫骨近端截骨导板本体，所述胫骨近端截骨导板本体上开有贯通其内外侧面的胫截骨槽，所述胫骨近端截骨导板本体上开有用于截骨槽金属组件放置的卡槽和便于配套金属组件取出的结构，所述胫骨近端截骨导板本体的内侧面为用于与胫骨近端前方皮质及骨赘弧形面相配合接触的弧面结构，所述胫骨近端截骨导板本体前侧上开有导板定位柱，所述导板定位柱上开有定位孔和用于定位孔金属套筒放置的圆槽，所述胫骨近端截骨导板本体上设有增大握取摩擦力的结构。
4.根据权利要求3所述的个性化膝关节截骨导板组件，其特征在于：所述的胫骨近端截骨导板本体呈L形布置。
5.根据权利要求1所述的个性化膝关节截骨导板组件，其特征在于：所述的截骨槽金属组件包括截骨槽金属组件本体，所述截骨槽金属组件本体开有前后贯穿的截骨槽。
6.根据权利要求1所述的个性化膝关节截骨导板组件，其特征在于：，所述的定位孔金属套筒包括定位孔金属套筒本体，所述定位孔金属套筒本体为阶梯轴，开有前后贯穿的圆孔。
7.一种权利要求1所述的个性化膝关节截骨导板组件的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、根据患者髋、膝、踝关节的三维CT数据建立下肢三维数字化模型，并通过该三维数字化模型进行力线测量、模拟截骨；
2)、当模拟截骨的截骨量与所欲安装假体厚度一致且下肢力线为中立位时，以此时的数据设计股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板；进行设计时，股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板分别选取股骨远端前方及胫骨近端前方皮质面及特异的骨赘作为固位标记，并结合术中可分离软组织的范围确定此固位标记的范围，再利用布尔运算制作出三维数字化模型，该三维数字化模型与相应的股骨远端截骨导板及胫骨近端截骨导板的接触固位部分呈凹凸相嵌的弧面结构；
3)、在已完成模拟截骨的股骨远端上定位股骨内上髁及股骨外上髁，并进行多次测量通髁轴后取均值，并以髁间切迹进行校准，以此通髁轴为基础设计股骨多面截骨板的定位孔，该孔与股骨假体标准截骨板上的孔位同轴。
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