CN109549763A - 一种3d打印个性化的股骨远端单髁重建假体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种3D打印个性化的股骨远端单髁重建假体及其制备方法，所述股骨远端单髁重建假体包括股骨髁前髁假体和髓内固定杆，所述股骨髁前髁假体和所述髓内固定杆圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体根据患者的缺损骨组织订制。本发明的股骨远端单髁重建假体对大量缺损骨组织进行精准重建，能最大程度的满足原始骨形态恢复。

Description

一种3D打印个性化的股骨远端单髁重建假体及其制备方法

技术领域

本发明属于单髁假体技术领域，特别是涉及一种3D打印个性化的股骨远端单髁重建假体及其制备方法。

背景技术

膝关节是人体主要承重关节，同时是人体最大且构造最复杂的关节。股骨远端单髁可由于感染、创伤、肿瘤等原因导致该部位大量骨缺损，需要进行手术修复重建。单髁膝关节置换手术相较于全膝置换手术，保留了前、后交叉韧带，因此术后患者可以得到较好活动能力。

但是，目前的单髁假体仅包裹股骨远端单髁表面，大量骨缺损后的修复重建难以满足，假体与原始骨形态不匹配，无法精准重建。

另外，目前的单髁假体与股骨远端连接固定效果不理想，术后假体易脱出、磨损，从而导致手术失败或者假体翻修。

同时，目前绝大多数的单髁假体采用传统减材制造方式，绝大多数的传统单髁膝关节假体不具备微孔隙结构，假体与周围骨骼无法融合一体，不具备生物固定等功能，存在假体远期固定松动可能。此外，肌腱韧带等附着点无法与假体生长在一起，无法重建膝关节的正常生理运动力学行为。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3D打印个性化的股骨远端单髁重建假体及其制备方法，所述股骨远端单髁重建假体包括股骨髁前髁假体和髓内固定杆，所述股骨髁前髁假体和所述髓内固定杆圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体根据患者的缺损骨组织订制。本发明的股骨远端单髁重建假体对大量缺损骨组织进行精准重建，能最大程度的满足原始骨形态恢复。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种股骨远端单髁重建假体，包括股骨髁前髁假体本体和髓内固定杆，所述股骨髁前髁假体本体和所述髓内固定杆圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体本体根据患者的缺损骨组织订制，即股骨远端单髁重建假体为缺损骨组织的形状，与患者的骨组织完全匹配。

优选地，所述股骨髁前髁假体本体具有外表面和与人体骨质接触的股骨融合面，所述外表面为弧形面，所述股骨融合面为平面。

更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)所述股骨远端单髁重建假体还包括若干螺钉孔，所述螺钉孔从所述外表面至所述股骨融合面贯穿所述股骨髁前髁假体本体；

2)髓内固定杆的轴线方向与股骨融合面之间的夹角根据患者的股骨髓腔长轴与截骨平面之间的夹角订制，即为患者的股骨髓腔长轴与截骨平面之间的夹角。

进一步更优选地，特征1)中，髓内固定杆近股骨髁前髁假体本体的部分上设有若干凹槽。

更优选地，所述髓内固定杆与所述股骨融合面圆滑过渡连接。

更优选地，所述股骨融合面为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

优选地，所述髓内固定杆的外表面为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)股骨融合面和髓内固定杆的外表面的微孔的孔径为600μm～800μm；

2)股骨融合面和髓内固定杆的外表面的孔隙率为60％～80％；所述孔隙率指股骨融合面/髓内固定杆的外表面孔隙体积与股骨融合面/髓内固定杆的外表面在自然状态下总体积的百分比；

3)股骨融合面和髓内固定杆的外表面的厚度为1.5mm～2.0mm。

本发明第二方面提供上述股骨远端单髁重建假体的制备方法，包括如下步骤：

1)获得股骨远端单髁的模型，如计算机辅助设计模型(Computer aided designmodel，CAD model)；

2)将步骤1)得到的模型逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

优选地，包括如下步骤：

1)通过CT及MRI获得股骨远端单髁的模型；

2)将步骤1)得到的模型进行三维配准融合，然后逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

可以通过CT观察骨，通过MRI观察软组织，二者获得的模型进行三维配准融合，实现既包含骨，又包含软组织的三维重建模型，然后逆向建模，可通过现有的软件实现，例如：E3D；三维配准融合后的模型和股骨远端单髁重建假体模型整体构成正常的单髁模型，所述逆向模型以正常的单髁模型和三维配准融合后的模型为基准建立股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

如上所述，本发明至少具有以下有益效果之一：

1)本发明的股骨远端单髁重建假体主要是根据患者CT及MRI等影像数据逆向建模制作的等尺寸医用3D打印个性化假体，股骨髁前髁假体本体大致呈“椎体”型，髓内固定杆呈“圆柱”型，对大量缺损骨组织进行精准重建，能够最大程度的满足原始骨形态恢复；

2)髓内固定杆能够牢固的连接股骨远端，优选地，髓内固定杆的外表面为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通，能够更好地与人骨贴合，有利于术后早期固定；

3)股骨髁前髁假体本体具有与人体骨质接触的股骨融合面，股骨融合面与人体骨质紧密贴合，优选地，所述股骨融合面为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通，有利于骨细胞爬行长入发生骨融合达到远期稳定的目的；

4)所述股骨远端单髁重建假体还包括若干螺钉孔，所述螺钉孔从所述外表面至所述股骨融合面贯穿所述股骨髁前髁假体本体，在早期植入时，可以通过骨科螺钉进行早期固定，防止假体脱位。

附图说明

图1为本发明的股骨远端单髁重建假体的结构示意图一。

图2为本发明的股骨远端单髁重建假体的结构示意图二。

图3为本发明的股骨远端单髁重建假体的使用状态结构示意图。

图4为具有多个微孔的层状结构。

附图标记：

1 股骨髁前髁假体本体

11 外表面

12 股骨融合面

2 髓内固定杆

3 螺钉孔

4 凹槽

5 微孔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1和图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和图2所示，一种股骨远端单髁重建假体，包括股骨髁前髁假体本体1和髓内固定杆2，所述股骨髁前髁假体本体1和所述髓内固定杆2圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体本体1根据患者的缺损骨组织订制，即股骨远端单髁重建假体为缺损骨组织的形状，与患者的骨组织完全匹配。

在一个优选的实施例中，所述股骨髁前髁假体本体1具有外表面11和与人体骨质接触的股骨融合面12，所述外表面11为弧形面，所述股骨融合面12为平面。

在一个优选的实施例中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)如图2所示，所述股骨远端单髁重建假体还包括若干螺钉孔3，所述螺钉孔3从所述外表面11至所述股骨融合面12贯穿所述股骨髁前髁假体本体1；

2)髓内固定杆的轴线方向与股骨融合面之间的夹角根据患者的股骨髓腔长轴与截骨平面之间的夹角订制，即为患者的股骨髓腔长轴与截骨平面之间的夹角。

在一个优选的实施例中，特征1)中，髓内固定杆2近股骨髁前髁假体本体1的部分上设有若干凹槽4。

在一个优选的实施例中，所述髓内固定杆2与所述股骨融合面12圆滑过渡连接。

在一个优选的实施例中，所述股骨融合面12为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

在一个优选的实施例中，所述髓内固定杆2的外表面21为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

在一个优选的实施例中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)如图4所示，股骨融合面12和髓内固定杆2的外表面的微孔5的孔径为600μm～800μm；

2)股骨融合面12和髓内固定杆2的外表面的孔隙率为60％～80％；所述孔隙率指股骨融合面/髓内固定杆的外表面孔隙体积与股骨融合面/髓内固定杆的外表面在自然状态下总体积的百分比；

3)股骨融合面12和髓内固定杆2的外表面的厚度为1.5mm～2.0mm。

上述股骨远端单髁重建假体的制备方法，包括如下步骤：

1)获得股骨远端单髁的模型，如计算机辅助设计模型(Computer aided designmodel，CAD model)；

2)将步骤1)得到的模型逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

在一个优选的实施例中，包括如下步骤：

1)通过CT及MRI获得股骨远端单髁的模型；

2)将步骤1)得到的模型进行三维配准融合，然后逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

可以通过CT观察骨，通过MRI观察软组织，二者获得的模型进行三维配准融合，实现既包含骨，又包含软组织的三维重建模型，然后逆向建模，可通过现有的软件实现，例如：E3D；三维配准融合后的模型和股骨远端单髁重建假体模型整体构成正常的单髁模型，所述逆向模型以正常的单髁模型和三维配准融合后的模型为基准建立股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

以一患者的股骨远端单髁重建假体为例，使用股骨远端单髁重建假体时如图3所示，所述股骨远端单髁重建假体包括股骨髁前髁假体本体和髓内固定杆，所述股骨髁前髁假体本体和所述髓内固定杆圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体本体根据患者的缺损骨组织订制。所述股骨髁前髁假体本体1具有外表面11和与人体骨质接触的股骨融合面12，所述外表面11为弧形面，所述股骨融合面12为平面。还包括若干螺钉孔3，所述螺钉孔3从所述外表面11至所述股骨融合面12贯穿所述股骨髁前髁假体本体1。髓内固定杆2的轴线方向与股骨融合面12之间的夹角为19°。所述髓内固定杆2与所述股骨融合面12圆滑过渡连接。所述股骨融合面12为设有多个微孔隙的粗糙表面。所述髓内固定杆2的外表面21为设有多个微孔隙的粗糙表面。髓内固定杆的长度约为68mm，直径约为9mm。微孔隙的孔径为600μm至800μm如700μm，孔隙率在60％-80％如70％，厚度为2.0mm。

上述股骨远端单髁重建假体通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)通过CT及MRI获得股骨远端单髁的模型；

2)将步骤1)得到的模型进行三维配准融合，然后逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

可以通过CT观察骨，通过MRI观察软组织，二者获得的模型进行三维配准融合，实现既包含骨，又包含软组织的三维重建模型，然后逆向建模，可通过现有的软件实现，例如：E3D；三维配准融合后的模型和股骨远端单髁重建假体模型整体构成正常的单髁模型，所述逆向模型以正常的单髁模型和三维配准融合后的模型为基准建立股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种股骨远端单髁重建假体，其特征在于，包括股骨髁前髁假体本体(1)和髓内固定杆(2)，所述股骨髁前髁假体本体(1)和所述髓内固定杆(2)圆滑过渡连接，所述股骨髁前髁假体本体(1)根据患者的缺损骨组织订制。

2.如权利要求1所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，所述股骨髁前髁假体本体(1)具有外表面(11)和与人体骨质接触的股骨融合面(12)，所述外表面(11)为弧形面，所述股骨融合面(12)为平面。

3.如权利要求2所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)所述股骨远端单髁重建假体还包括若干螺钉孔(3)，所述螺钉孔(3)从所述外表面(11)至所述股骨融合面(12)贯穿所述股骨髁前髁假体本体(1)；

2)髓内固定杆(2)的轴线方向与股骨融合面(12)之间的夹角根据患者的股骨髓腔长轴与截骨平面之间的夹角订制。

4.如权利要求3所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，特征1)中，髓内固定杆(2)近股骨髁前髁假体本体(1)的部分上设有若干凹槽(4)。

5.如权利要求2所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，所述髓内固定杆(2)与所述股骨融合面(12)圆滑过渡连接。

6.如权利要求2所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，所述股骨融合面(12)为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

7.如权利要求1所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，所述髓内固定杆(2)的外表面(21)为若干层的层状结构，每层的层状结构具有多个微孔，层与层的微孔相互连通。

8.如权利要求6或7所述的股骨远端单髁重建假体，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)股骨融合面(12)和髓内固定杆(2)的外表面的微孔(5)的孔径为600μm～800μm；

2)股骨融合面(12)和髓内固定杆(2)的外表面的孔隙率为60％～80％；

3)股骨融合面(12)和髓内固定杆(2)的外表面的厚度为1.5mm～2.0mm。

9.如权利要求1或8任一项所述的股骨远端单髁重建假体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获得股骨远端单髁的模型；

2)将步骤1)得到的模型逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过CT及MRI获得股骨远端单髁的模型；

2)将步骤1)得到的模型进行三维配准融合，然后逆向建模，得到股骨远端单髁重建假体模型；

3)依据修复装置模型进行3D打印。