CN110811934A - 翻修假体模具及模具模型构建方法、模具及翻修假体制备方法、计算机可读存储介质、设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种翻修假体模具及模具模型构建方法、模具及翻修假体制备方法、计算机可读存储介质、设备，翻修假体模具模型的构建方法包括如下步骤：1)构建骨盆和股骨三维模型；2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型；3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型；4)将初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切。本发明翻修假体模具通过3D打印技术制备的，根据患者的影像学资料逆向建模，完全匹配患者缺损骨质的形状和大小，获得的假体为患者提供力学支撑。

Description

翻修假体模具及模具模型构建方法、模具及翻修假体制备方 法、计算机可读存储介质、设备
技术领域
本发明属于骨科植入物技术领域，特别是涉及一种翻修假体模具及模具模型构建方法、模具及翻修假体制备方法、计算机可读存储介质、设备，用于髋关节置换术后。
背景技术
髋关节是由股骨头和骨盆髋臼组成的杵臼关节，具有重要的功能。因此，由于各种原因(外伤，肿瘤，者先天性畸形)导致髋关节损伤都会严重影响患者的生活质量。骨盆肿瘤是骨肿瘤中最为复杂的肿瘤，其形态多变，解剖复杂，周围重要血管神经结构多的特点导致医生在处理骨盆肿瘤的复杂手术时需要面临许多困难。其中最严重的便是由于上时间手术暴露所导致的手术感染。
假体周围感染一直是困扰着骨科医生的问题。在骨科植入内植物以后，一旦发生感染，细菌便会在假体周围形成生物膜。生物膜可以帮助细菌抵御人体的免疫系统。所以药物无法杀死细菌，这就是假体周围感染单独通过药物无法治愈的原因之一。这种情况下，必须将植入的假体取出，待感染控制后再次植入新的假体才能解决问题。如果感染没有控制而植入的新假体的话，细菌会在新假体的表面继续生成新的生物膜，重复之前的问题。
但是目前临床上的治疗方式有着不可避免的缺点：1.经过第一次手术的患者，髋关节的重要结构均已被切除，一旦取出假体，患者的患侧髋关节便失去了功能。由此所带来的结果可能使患者在感染控制植入新的假体之前只能卧床不动。一方面，假体取出后原截骨残端就相当于骨折部位，患者需要忍受疼痛，另一方面，长期卧床会给患者带来更为严重的并发症，如：褥疮，坠积性肺炎，深静脉血栓，关节僵硬等，这些并发症严重的会危及病人生命；2.取出假体的时间不同会影响到感染的治疗。过晚的取出假体会导致假体周围的骨质溶解，软组织因为反复的炎症会形成多个死腔。此时即使取出假体也很难完全控制感染。3.由于周围骨质和软组织的破坏，在感染控制后很难找到一个合适的通用型假体再次植入其中。
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翻修假体模具及模具模型构建方法、模具及翻修假体制备方法、计算机可读存储介质、设备。所述翻修假体模具模型的构建方法包括如下步骤：1)构建骨盆和股骨三维模型；2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型4)将步骤3)获得的初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切获得第一翻修假体模具模型和第二翻修假体模具模型，所述第一翻修假体模具模型和所述第二翻修假体模具模型构成所述翻修假体模具模型。本发明翻修假体模具通过3D打印技术制备的，根据患者的影像学资料逆向建模，完全匹配患者缺损骨质的形状和大小，获得的假体为患者提供力学支撑。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用以下技术方案：
本发明第一方面提供一种用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法，包括如下步骤：
1)构建骨盆和股骨三维模型；
2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型；所述翻修假体模型包括股骨头模型、股骨颈模型和股骨干模型；
3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型；
4)将步骤3)获得的初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切获得第一翻修假体模具模型和第二翻修假体模具模型，所述第一翻修假体模具模型和所述第二翻修假体模具模型构成所述翻修假体模具模型。
在本发明一些实施方式中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)步骤1)中，由CT数据和/或MRI数据构建所述骨盆和股骨三维模型；
2)步骤4)中，在所述第一翻修假体模具模型或所述第二翻修假体模具模型中对应股骨颈处构建骨水泥注入孔；
3)步骤4)中，在所述第一翻修假体模具模型上构建若干第一翻修假体模具固定孔，在所述第二翻修假体模具模型上构建若干第二翻修假体模具固定孔，所述第一翻修假体模具固定孔与所述第二翻修假体模具固定孔对应设置。
本发明第二方面提供一种用于髋关节置换术后翻修假体模具的制备方法，所述制备方法包括：根据上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法构建获得所述翻修假体模具模型，依据所述翻修假体模具模型制备所述翻修假体模具。
在本发明一些实施方式中，通过3D打印制备所述翻修假体模具。
本发明第三方面提供一种用于髋关节置换术后翻修假体模具，包括第一翻修假体模具和第二翻修假体模具，所述第一翻修假体模具具有第一翻修假体空腔，所述第二返修假体模具具有第二翻修假体空腔，将所述第一翻修假体空腔和所述第二翻修假体空腔组装时，组装后的空腔与翻修假体匹配。
在本发明一些实施方式中，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)还包括骨水泥注入孔，所述骨水泥注入孔设于所述第一翻修假体模具或所述第二翻修假体模具中对应股骨颈处；
2)还包括若干第一翻修假体模具固定孔和若干第二翻修假体模具固定孔，所述第一翻修假体模具固定孔与所述第二翻修假体模具固定孔对应设置。
本发明第四方面提供一种用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法，包括如下步骤：将骨水泥加入上述用于髋关节置换术后翻修假体模具的内腔中并凝固，取出凝固后的骨水泥，即为所述用于髋关节置换术后翻修假体。
在本发明一些实施方式中，还包括如下技术特征中的一项：
1)所述骨水泥为含有抗生素的骨水泥；
2)所述骨水泥为选自庆大霉素和万古霉素中的至少一种抗生素的骨水泥。
本发明第五方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
本发明第六方面提供一种设备，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
如上所述，本发明至少具有以下有益效果之一：
1)制备用于髋关节置换术后翻修假体模具是通过3D打印技术制备的，根据患者的影像学资料逆向建模，该翻修假体模具完全匹配患者缺损骨质的形状和大小。
2)用于髋关节置换术后翻修假体的材料为骨水泥，优选地，所述骨水泥为含有抗生素的骨水泥，根据假体周围感染的细菌不同，负载不同类型的抗生素，如：庆大霉素，万古霉素等。
3)用于髋关节置换术后翻修假体可以提供持续释放抗生素，也可以提供一定的力学强度，允许患者在下一个假体植入之前进行简单的行走，而不是绝对卧床，有效地避免褥疮，坠积性肺炎，深静脉血栓，关节僵硬等并发症。
4)用于髋关节置换术后翻修假体是一个药物载体，在治疗假体周围感染的过程中发挥重要作用。
附图说明
图1为临床案例的患者左侧骨盆肿瘤假体植入术后发生感染和股溶解的CT数据重建图。
图2为用于髋关节置换术后翻修假体和假体模具爆炸图一。
图3为用于髋关节置换术后翻修假体和假体模具爆炸图二。
图4为用于髋关节置换术后翻修假体安装后示意图。
附图标记：
1-第一翻修假体模具；11-第一翻修假体空腔；
2-第二翻修假体模具；21-第二翻修假体空腔；
3-骨水泥注入孔；
4-第一翻修假体模具固定孔；
5-第二翻修假体模具固定孔。
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至图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。
一种用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法，包括如下步骤：
1)构建骨盆和股骨三维模型；
所述骨盆和股骨三维模型通常包括各组织的模型，例如，所述模型可以包括皮肤、骨骼、血管、神经和病变部位(例如，肿瘤)等组织的模型，所述模型可以反映出个体(例如，患者)的皮肤表面形状和位置等，还可以反映出个体的骨骼形状和位置等，还可以反映出个体的血管、神经等组织的形状和位置等，还可以反映出个体中肿瘤的形状、位置、以及其肿瘤的具体参数等(例如，体积等)。所述骨盆和股骨三维模型通常可以根据CT数据和/或MRI数据进行构建，构建过程中可以将数据导入E3D等三维重建设计软件等软件，并进行配准融合，从而构建所述骨盆和股骨三维模型；
2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型；所述翻修假体模型包括股骨头模型、股骨颈模型和股骨干模型；
3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型；
4)将步骤3)获得的初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切获得第一翻修假体模具模型和第二翻修假体模具模型，所述第一翻修假体模具模型和所述第二翻修假体模具模型构成所述翻修假体模具模型。
在一优选的实施方式中，在所述第一翻修假体模具模型或所述第二翻修假体模具模型中对应股骨颈模型处构建骨水泥注入孔，能够更完美填充股骨胫。
在一优选的实施方式中，在所述第一翻修假体模具模型上构建若干第一翻修假体模具固定孔，在所述第二翻修假体模具模型上构建若干第二翻修假体模具固定孔，所述第一翻修假体模具固定孔与所述第二翻修假体模具固定孔对应设置，所述第一翻修假体模具固定孔和所述第二翻修假体模具固定孔中可插入克氏针固定模具，有利于第一翻修假体和第二翻修假体稳定对合。
在一优选的实施方式中，在所述第一翻修假体模具模型上构建三个第一翻修假体模具固定孔，在所述第二翻修假体模具模型上构建三个第二翻修假体模具固定孔5，所述第一翻修假体模具固定孔4与所述第二翻修假体模具固定孔5对应设置，且三个第一翻修假体模具固定孔4之间构成三角形，上述固定孔中可插入克氏针固定模具。
一种用于髋关节置换术后翻修假体模具的制备方法，所述制备方法包括：根据上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法构建获得所述翻修假体模具模型，依据所述翻修假体模具模型制备所述翻修假体模具。
制备用于髋关节置换术后翻修假体通常可以通过3D打印依据所述翻修假体模具模型制备所述翻修假体模具。
本发明用于髋关节置换术后翻修假体模具是通过3D打印技术制备的，根据患者的影像学资料逆向建模，该翻修假体模具完全匹配患者缺损骨质的形状和大小。
一种用于髋关节置换术后翻修假体模具，通过上述用于髋关节置换术后翻修假体模具的制备方法制备获得。
一种用于髋关节置换术后翻修假体模具，如图2和图3所示，包括第一翻修假体模具1和第二翻修假体模具2，所述第一翻修假体模具1具有第一翻修假体空腔11，所述第二返修假体模具2具有第二翻修假体空腔21，将所述第一翻修假体空腔11和所述第二翻修假体空腔21组装时，组装后的空腔与翻修假体匹配。
在一优选的实施方式中，还包括骨水泥注入孔3，所述骨水泥注入孔设于所述第一翻修假体模具或所述第二翻修假体模具中对应股骨颈处，有利于骨水泥的注入和填充，能够更完美填充股骨胫。
在一优选的实施方式中，还包括若干第一翻修假体模具固定孔4和若干第二翻修假体模具固定孔5，所述第一翻修假体模具固定孔4与所述第二翻修假体模具固定孔5对应设置，所述第一翻修假体模具固定孔和所述第二翻修假体模具固定孔中可插入克氏针固定模具，有利于第一翻修假体和第二翻修假体稳定对合。
在一优选的实施方式中，包括三个第一翻修假体模具固定孔4和三个第二翻修假体模具固定孔5，所述第一翻修假体模具固定孔4与所述第二翻修假体模具固定孔5对应设置，且三个第一翻修假体模具固定孔4之间构成三角形，上述固定孔中可插入克氏针固定模具。
一种用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法，包括如下步骤：将骨水泥加入上述用于髋关节置换术后翻修假体模具的内腔中并凝固，取出凝固后的骨水泥，即为所述用于髋关节置换术后翻修假体。
在一优选的实施方式中，所述骨水泥为含有抗生素的骨水泥。，根据假体周围感染的细菌不同，负载不同类型的抗生素，如：庆大霉素，万古霉素等。
在一优选的实施方式中，所述抗生素选自庆大霉素和万古霉素中的至少一种。
一种用于髋关节置换术后翻修假体，通过上述用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法制备获得。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如上述用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
实施例1
临床案例，患者左侧骨盆肿瘤假体植入术后发生感染和股溶解，如图1所示，图中绿色部件为第一次手术切除后用于重建的假体。用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法：如图2和图3所示，将骨水泥加入用于髋关节置换术后翻修假体模具的内腔中并凝固，取出凝固后的骨水泥，即为所述用于髋关节置换术后翻修假体，其中，用于髋关节置换术后翻修假体模具通过如下制备方法获得：
1)构建骨盆和股骨三维模型；
所述骨盆和股骨三维模型通常包括各组织的模型，例如，所述模型可以包括皮肤、骨骼、血管、神经和病变部位(例如，肿瘤)等组织的模型，所述模型可以反映出个体(例如，患者)的皮肤表面形状和位置等，还可以反映出个体的骨骼形状和位置等，还可以反映出个体的血管、神经等组织的形状和位置等，还可以反映出个体中肿瘤的形状、位置、以及其肿瘤的具体参数等(例如，体积等)。所述骨盆和股骨三维模型通常可以根据CT数据和/或MRI数据进行构建，构建过程中可以将数据导入E3D等三维重建设计软件等软件，并进行配准融合，从而构建所述骨盆和股骨三维模型；
2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型；所述翻修假体模型包括股骨头模型、股骨颈模型和股骨干模型；
3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型；
4)将步骤3)获得的初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切获得第一翻修假体模具模型和第二翻修假体模具模型，在所述第一翻修假体模具模型中对应股骨颈模型处构建骨水泥注入孔，在所述第一翻修假体模具模型上构建三个第一翻修假体模具固定孔，在所述第二翻修假体模具模型上构建三个第二翻修假体模具固定孔，所述第一翻修假体模具固定孔与所述第二翻修假体模具固定孔对应设置，所述第一翻修假体模具模型和所述第二翻修假体模具模型构成所述翻修假体模具模型；
5)依据所述翻修假体模具模型，通过3D打印制备所述翻修假体模具。
将上述制备得到的用于髋关节置换术后翻修假体植入原假体部位发挥抗感染的作用，所述翻修假体安装后的示意图如图4所示。
一种用于髋关节置换术后翻修假体模具，如图2和图3所示，包括第一翻修假体模具1、第二翻修假体模具2、骨水泥注入孔3、三个第一翻修假体模具固定孔4和三个第二翻修假体模具固定孔5，所述第一翻修假体模具1具有第一翻修假体空腔11，所述第二返修假体模具2具有第二翻修假体空腔21，所述骨水泥注入孔设于所述第一翻修假体模具中对应股骨颈处，所述第一翻修假体模具固定孔4与所述第二翻修假体模具固定孔5对应设置，将所述第一翻修假体空腔11和所述第二翻修假体空腔21组装时，组装后的空腔与翻修假体匹配。
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)

1.一种用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)构建骨盆和股骨三维模型；
2)以步骤1)得到的股骨三维模型中正常股骨为镜像构建翻修假体模型；
3)将步骤2)得到的翻修假体模型放大获得放大模型，将翻修假体模型置于所述放大模型内作差集获得具有翻修假体形状内腔的初始翻修假体模具模型；
4)将步骤3)获得的初始翻修假体模具模型沿经过内腔的轴面进行剖切获得第一翻修假体模具模型和第二翻修假体模具模型，所述第一翻修假体模具模型和所述第二翻修假体模具模型构成所述翻修假体模具模型。
2.如权利要求1所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)步骤1)中，由CT数据和/或MRI数据构建所述骨盆和股骨三维模型；
2)步骤4)中，在所述第一翻修假体模具模型或所述第二翻修假体模具模型中对应股骨颈处构建骨水泥注入孔；
3)步骤4)中，在所述第一翻修假体模具模型上构建若干第一翻修假体模具固定孔，在所述第二翻修假体模具模型上构建若干第二翻修假体模具固定孔，所述第一翻修假体模具固定孔与所述第二翻修假体模具固定孔对应设置。
3.一种用于髋关节置换术后翻修假体模具的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：根据权利要求1或2所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法构建获得所述翻修假体模具模型，依据所述翻修假体模具模型制备所述翻修假体模具。
4.如权利要求3所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具的制备方法，其特征在于，通过3D打印制备所述翻修假体模具。
5.一种用于髋关节置换术后翻修假体模具，其特征在于，包括第一翻修假体模具(1)和第二翻修假体模具(2)，所述第一翻修假体模具(1)具有第一翻修假体空腔(11)，所述第二返修假体模具(2)具有第二翻修假体空腔(21)，将所述第一翻修假体空腔(11)和所述第二翻修假体空腔(21)组装时，组装后的空腔与翻修假体匹配。
6.如权利要求5所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)还包括骨水泥注入孔(3)，所述骨水泥注入孔设于所述第一翻修假体模具或所述第二翻修假体模具中对应股骨颈处；
2)还包括若干第一翻修假体模具固定孔(4)和若干第二翻修假体模具固定孔(5)，所述第一翻修假体模具固定孔(4)与所述第二翻修假体模具固定孔(5)对应设置。
7.一种用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将骨水泥加入权利要求5或6所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具的内腔中并凝固，取出凝固后的骨水泥，即为所述用于髋关节置换术后翻修假体。
8.如权利要求7所述的用于髋关节置换术后翻修假体的制备方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的一项：
1)所述骨水泥为含有抗生素的骨水泥；
2)所述骨水泥为选自庆大霉素和万古霉素中的至少一种抗生素的骨水泥。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
10.一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行如权利要求1或2所述的用于髋关节置换术后翻修假体模具模型的构建方法的步骤。
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