CN110251277B - 个性化髋臼假体的制作方法及全髋关节置换术的辅助方法 - Google Patents
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Abstract
个性化髋臼假体的制作方法及全髋关节置换术的辅助方法，涉及全髋关节置换技术领域，其方法是：在手术前利用电子断层扫描技术对病人髋关节进行扫描，获得病人髋关节的三维数据，并将得到的三维数据导入三维软件中重建病人髋臼模型；在三维软件中对病人髋臼模型进行处理，得到病人髋臼铣削后的模型；利用逆向工程技术得到与该模型匹配的假体模型，然后利用3D打印技术将该假体模型打印出个性化髋臼假体，利用病人髋臼模型来制定刀具铣削轨迹以及铣削工艺参数；手术前把步骤四制定好的刀具铣削轨迹及工艺参数导入到机械手控制软件中，机械手供医生铣削病人髋臼，个性化髋臼假体供医生装入铣削后的病人髋臼，该方法可减少医生手术负担，提高铣削质量。
Description
技术领域
本发明涉及全髋关节置换术技术领域，特别是涉及个性化髋臼假体的制作方法及全髋关节置换术的辅助方法。
背景技术
从上世纪60年代起，人工髋关节置换术在我国逐渐发展起来。其在治疗股骨头坏死、骨性关节炎、股骨颈骨折、创伤性关节炎、类风湿性关节炎、良性和恶性骨肿瘤等病症上效果显著，成为了无数关节疾病人者的福音。人工髋关节置换术由于具有创伤小、出血少、术后疼痛轻、恢复快、减少老年病人长期卧床的并发症等优点，已经逐渐成为治疗髋部疾病的标准手术。再加上当今人口日趋老龄化，骨性关节炎患者数量呈上涨趋势，医院每年进行的人工置换手术也越来越多。
全髋关节置换术是利用人造髋关节替换人体病变髋关节，手术过程主要包括髋臼重建以及假体安放两个过程。髋臼重建过程指用髋臼锉对患病髋臼进行铣削以形成安装髋臼假体的髋臼窝。目前全髋关节置换术手术方法是采用半球形髋臼锉进行铣削。在手术中，医生根据患者X光照推测髋臼的尺寸，首先选用一小直径髋臼锉铣削髋臼窝，去除骨赘和软组织，铣削出髋臼底，并铣去部分软骨下骨；再选用直径小于髋臼4mm左右的髋臼锉，定位到髋臼中心并沿着规划入路角度铣削髋臼；然后继续逐步增大髋臼锉直径，并采用同心铣削方式不断扩大铣削范围将髋臼内围新月形软骨铣去直到扩大到铣到软骨下骨且最后的髋臼锉与髋臼边缘完全贴合为止。然后再把相应尺寸的髋臼假体安放到铣削后的髋臼窝内。目前使用的髋臼假体是一系列规格大小不同的假体，为了把假体安放进病人髋臼窝内，需要经过上面过程对髋臼进行重建，手术过程复杂且耗时较长。
目前手术中存在着许多问题。现在的手术主要依靠医生手动操作完成手术，且主要依赖医生的专业水平和经验进行操作，由于手术中要多次更换髋臼锉，这样就很容易造成每次更换髋臼锉后铣削轴心发生改变，导致铣削形状不规则。现在使用的髋臼锉大多是半球形髋臼锉，刀体为薄壳球面结构，球面上有若干规则分布半圆形凸状的切削齿，实验研究发现其铣削出的表面不平整。同时由于髋臼锉本身刚度不高，多次使用导致髋臼锉切削齿锋利度降低，在铣削过程中会对骨组织造成撕扯、热损伤，导致铣削质量低。髋臼假体与骨组织之间的间隙大于50微米会影响骨组织与假体的结合，导致髋臼假体植入后不稳定，造成手术失败需要翻修。由此可见，如何提高髋臼锉铣削质量是提高髋臼假体植入稳定性以及手术成功率的关键因素。
针对手术中存在的各种问题，目前存在的技术方案有：
专利CN203749492U公布了带旋转轴定位的髋臼锉，该专利在传统半球形髋臼锉的顶部设置了一个旋转轴，使髋臼锉在工作时能够沿着旋转轴指定的轴心铣削，减少铣削时因轴心改变带来的铣削误差。专利CN108210012A公布了切口具有高平整性的髋臼锉，该专利通过改变现有髋臼锉切削齿的齿型结构，使得髋臼锉铣削后的表面更加平整，以提高髋臼锉铣削的表面质量。专利CN108245220A公开了切削齿优化分布的髋臼锉，该专利通过把传统髋臼锉的切削齿由在螺旋线上等距分布改为等螺旋角分布，使髋臼锉在铣削时的力矩能够平缓增加，以减少手术时医生的负担。
局限性：现有技术多是通过对传统半球形髋臼锉的结构以及切削齿的齿型及分布进行优化。虽然在一定程度上能够提高髋臼锉的铣削质量，但是这些技术并没有改变现有手术的手术方式，手术仍是由医生手动操作，这种手术方式对医生的手术经验以及体力都有较高的要求，同时对于铣削时人工操作带来的误差仍难以解决。
发明内容
本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供个性化髋臼假体的制作方法，利用该方法可制作出个性化的髋臼假体，个性化的髋臼假体可以根据病人自身情况实现个性化定制，比传统假体安放更加稳定，手术返修率低。
为了实现第一个发明目的，提供技术方案如下：
个性化髋臼假体的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在手术前利用电子断层扫描技术对病人髋关节进行扫描，获得病人髋关节的三维数据，并将得到的三维数据导入三维软件中重建病人髋臼模型；
步骤二：医生根据病人的病情以及病人髋臼特征，确定病人髋臼所需要切除的部分，并在三维软件中对病人髋臼模型进行处理，得到病人髋臼铣削后的模型；
步骤三：根据步骤二中得到的铣削后的病人髋臼模型，利用逆向工程技术得到与之匹配的假体模型，然后利用3D打印技术将该假体模型打印出个性化髋臼假体。
优选的，所述步骤一中，电子断层扫描技术为CT扫描。
优选的，所述步骤一中，利用mimics软件得到病人髋臼模型。
优选的，所述步骤二中，利用可进行布尔运算的软件对病人髋臼模型进行处理。
进一步的，所述可进行布尔运算的软件为SolidWorks。
本发明的有益效果：利用电子断层扫描技术和三维软件的结合使用，可重建病人髋臼模型，利用三维软件可对重建病人髋臼模型进行模拟铣削，得到病人髋臼铣削后的模型，根据该铣削后的模型利用逆向工程技术可得到与之匹配的假体模型，最后可利用3D技术打印处个性化假体，个性化的髋臼假体可以根据病人自身情况实现个性化定制，比传统假体安放更加稳定，手术返修率低。
本发明的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供全髋关节置换术的辅助方法，该方法可以减少因更换髋臼锉造成的铣削轴心不一致，同时可以减少医生手术负担，提高铣削质量。
本发明的第二个发明目的通过以下技术方案实现：
全髋关节置换术的辅助方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：利用以上所述的病人髋臼模型来制定刀具铣削轨迹以及铣削工艺参数；
步骤B：手术前把步骤A制定好的刀具铣削轨迹及工艺参数导入到机械手控制软件中。
优选的，所述步骤A，需根据不同的刀具来制定与刀具匹配的铣削轨迹以及铣削工艺参数。
进一步的，所述刀具为球头铣刀。
优选的，所述机械手有6个自由度。
另一优选的，所述机械手的端部设有可以旋转的旋转轴以及不同样式的夹具用来夹持刀具。
本发明的有益效果：手术前利用电子断层扫描技术对病人髋关节进行扫描，获得病人髋关节的三维数据，并将得到的三维数据导入三维软件中重建病人髋臼模型，利用该病人髋臼模型来制定刀具铣削轨迹以及铣削工艺参数并导入到机械手控制软件中，医生可借助机械手进行手术，可以减少因更换髋臼锉造成的铣削轴心不一致，同时可以减少医生手术负担，提高铣削质量。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的全髋关节置换术的辅助方法的流程图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的全髋关节置换术的辅助方法，
步骤一：利用电子断层扫描技术（CT扫描）扫描病患髋臼窝，获得病患髋臼部位的三维数据，并将数据导入到逆向软件中，比如mimics软件中，然后在mimics软件中得到该病患髋臼的三维模型；
步骤二：医生根据病人的病情以及病患髋臼特征，制定出病患髋臼需要切除的部分，然后将第1步得到的髋臼三维模型导入可进行布尔运算的软件中，如SolidWorks中，通过对髋臼模型进行布尔运算得到病患铣削后的模型结构；
步骤三：将步骤二得到的病患铣削后的髋臼模型导入逆向软件中，通过逆向工程技术获得与病患髋臼相匹配的假体模型，并利用3D打印技术打印出个性化假体模型；
步骤四：根据步骤二中医生确定好病人所需切除部位，将病患髋臼模型导入相应的软件中，选取合适的刀具，这里刀具不限定为髋臼窝，可以是球头铣刀等刀具，根据刀具的工作特点，在软件中规划好刀具所走路线以及工艺参数（转速、进给速度、铣削深度等）；
步骤五：在手术前，将步骤四中规划好的刀具路径以及工艺参数导入到机械手控制软件中，医生根据刀具的铣削路径找到基准点，通过软件控制机械手进行手术。该机械手有6个自由度，并且机械手端部有可以旋转的旋转轴以及不同样式的夹具用来夹持刀具进行手术。
在步骤五的机械手工作完成后，医生对病患髋臼进行清洗，最后将打印好的个性化假体安放到重建后的髋臼窝内。
本实施例具有以下优点：
利用三维建模软件提前规划好刀具铣削路径以及铣削后的形状，针对不同病人的病情设计并利用3D打印个性化假体。借助机械手进行手术可以减少因更换髋臼锉造成的铣削轴心不一致，同时可以减少医生手术负担，提高铣削质量。利用球头铣刀等刀具进行手术可以减小手术切口，实现微创手术，提高手术效率，减少病人术后恢复时间。3D打印假体可以根据病人自身情况实现个性化定制，比传统假体安放更加稳定，手术返修率低。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (1)
1.个性化髋臼假体的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在手术前利用电子断层扫描技术对病人髋关节进行扫描，电子断层扫描技术为CT扫描；获得病人髋关节的三维数据，并将得到的三维数据导入mimics软件中重建病人髋臼模型；
步骤二：在三维软件中对病人髋臼模型进行处理，三维软件为SolidWorks；得到铣削后的病人髋臼模型；
步骤三：根据步骤二中得到的铣削后的病人髋臼模型，利用逆向工程技术得到与之匹配的假体模型，然后利用3D打印技术将该假体模型打印出个性化髋臼假体；利用铣削后的病人髋臼模型来制定刀具铣削轨迹以及铣削工艺参数；将制定好的刀具铣削轨迹及工艺参数导入到机械手的控制软件中；刀具为球头铣刀；所述机械手有6个自由度；机械手的端部设有可以旋转的旋转轴以及不同样式的夹具用来夹持刀具。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110974490B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-09-14 | 佛山市逸合生物科技有限公司 | 一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法 |
| CN112245066A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-22 | 中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院 | 一种个体化3d打印髋臼壁缺损修复重建系统的构建方法 |
| CN114770950B (zh) * | 2022-04-28 | 2022-11-25 | 安徽医科大学第二附属医院 | 一种针对髋臼骨缺损的3d打印建模系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101422901A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 奥林巴斯医疗株式会社 | 机械手装置和医疗设备系统 |
| CN102438545A (zh) * | 2009-03-20 | 2012-05-02 | 3形状股份有限公司 | 用于有效计划、可视化和优化牙修复体的系统和方法 |
| CN103230304A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-07 | 深圳先进技术研究院 | 手术导航系统及其方法 |
| CN203901019U (zh) * | 2014-06-23 | 2014-10-29 | 苏州博众精工科技有限公司 | 一种机械手自动加工装置 |
| CN106419998A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-22 | 中山大学附属第医院 | 一种髋臼锉磨和臼杯假体植入定位导向装置及其定位方法 |
| CN106965175A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-07-21 | 北京理工大学 | 一种开颅机器人的协同交互控制系统 |
| CN207698758U (zh) * | 2017-12-29 | 2018-08-07 | 武汉市江淼科技股份有限公司 | 一种多功能机器人夹具 |
| CN109496143A (zh) * | 2016-05-27 | 2019-03-19 | 马科外科公司 | 术前规划和对手术系统的相关术中配准 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101422901A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 奥林巴斯医疗株式会社 | 机械手装置和医疗设备系统 |
| CN102438545A (zh) * | 2009-03-20 | 2012-05-02 | 3形状股份有限公司 | 用于有效计划、可视化和优化牙修复体的系统和方法 |
| CN103230304A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-07 | 深圳先进技术研究院 | 手术导航系统及其方法 |
| CN203901019U (zh) * | 2014-06-23 | 2014-10-29 | 苏州博众精工科技有限公司 | 一种机械手自动加工装置 |
| CN109496143A (zh) * | 2016-05-27 | 2019-03-19 | 马科外科公司 | 术前规划和对手术系统的相关术中配准 |
| CN106419998A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-22 | 中山大学附属第医院 | 一种髋臼锉磨和臼杯假体植入定位导向装置及其定位方法 |
| CN106965175A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-07-21 | 北京理工大学 | 一种开颅机器人的协同交互控制系统 |
| CN207698758U (zh) * | 2017-12-29 | 2018-08-07 | 武汉市江淼科技股份有限公司 | 一种多功能机器人夹具 |
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