CN111012470A - 一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3d定位导板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板及其制作方法，属于医用器材技术领域。本发明的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板包括：3D上表面；多个导板固定孔；和一个股骨髓内定位杆导入孔，其对应的髓内定位杆入钉点设置于所述患者的股骨髁间，并且，其中心轴线与所述股骨经CT扫描而确定的股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°。本发明的3D定位导板及其制作方法提高了股骨髓内定位的精确度、手术的精准度及假体的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于医用器材技术领域，特别是一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板及其制作方法。
背景技术
膝关节单髁置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)因其具有创伤小、恢复快及术后关节功能恢复好的优点,越来越多地应用于单间室骨关节炎的治疗,并取得令人满意的短期临床效果。但UKA长期生存率却不如全膝关节置换术(total kneearthroplasty,TKA)。研究发现，很多UKA的早期翻修与假体力线不良有关。
目前,股骨侧假体力线定位的是通过股骨髓内定位确定，髓内定位依靠股骨内侧髁外侧壁同股骨髁间窝前方1cm水平线的交点为入钉点，定位杆插入瞄向髂前上棘而实现。股骨截骨导向器的连接孔轴线和髓腔定位杆轴线在矢冠状位有7度成角，矢状位有10度的成角。人体股骨外翻角一般平均6-7度。这样的设计也是希望植入后的单髁假体能同股骨机械轴垂直。这种定位有以下几方面缺点：首先，手术时患肢外展30度，这在手术时很难摆放准确，在体外触摸髂前上棘时主观误差较大；其次，人群中股骨外翻角差异比较大，完全定义在6-7度会使很多患者出现较大误差，从而出现术后力线不佳，成为假体早期松动的主要原因。目前,在UKA中尚缺乏可以获得高精确度髓内定位杆植入股骨的方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板及其制作方法，提高股骨髓内定位的精确度、手术的精准度及假体的使用寿命。
本发明的一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板包括：3D上表面，其根据患者的股骨髁形状经3D打印而生成，使得在3D定位导板使用时，3D上表面与患者的股骨髁表面紧密贴合；多个导板固定孔，其位于3D定位导板的既定位置，用于在3D定位导板使用时对3D定位导板进行固定；和一个股骨髓内定位杆导入孔，其对应的髓内定位杆入钉点设置于患者的股骨髁间，并且，股骨髓内定位杆导入孔的中心轴线与股骨经CT扫描而确定的股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°，股骨机械轴为股骨的股骨头中点与股骨髁间中点之间的连线。
本发明的一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法包括以下步骤：CT扫描步骤，其扫描患者的股骨，得到CT扫描数据；重建股骨3D模型步骤，其将CT扫描数据导入数据处理软件，数据处理软件根据骨与软组织亮度不同采用阈值分割功能从CT扫描数据得到CT序列图像，并对CT序列图像进行二值化处理，从而重建股骨3D模型；股骨情况确定步骤，其利用股骨3D模型的数据，确定股骨的形状；3D定位导板的3D上表面确定步骤，其根据所确定的股骨的股骨髁形状，确定3D上表面的形状，使得在3D定位导板使用时，3D上表面与患者的股骨髁表面紧密贴合；股骨机械轴确定步骤，其根据所确定的股骨的形状，将股骨的股骨头中点与股骨髁间中点之间的连线确定为股骨机械轴；股骨髓内定位杆导入孔位置及方向确定步骤，其将股骨髓内定位杆导入孔对应的髓内定位杆入钉点设置于患者的股骨髁间，并且将股骨髓内定位杆导入孔的中心轴线，确定为与股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°；以及股骨髓内定位杆导入孔制作步骤，其利用3D重建从而显现髓内定位杆入钉点的位置和方向，根据显现的髓内定位杆入钉点的位置和方向，选择性地进行激光熔融从而逐层制作股骨髓内定位杆导入孔；以及导板固定孔制作步骤，其将多个导板固定孔制作在3D定位导板的既定位置，导板固定孔用于对3D定位导板进行固定。
本发明的有益效果是：本发明的应用提高了活动平台单髁置换髓腔杆的定位精确度，从而提高手术精准度及假体的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板结构示意图，
附图1中各部件的标记如下：101-股骨内侧髁、102-导板固定孔、103-股骨髓内定位杆导入孔、104-股骨外侧髁、105-导板；
图2是一患者的股骨的正视图，
图3是一患者的股骨的侧视图；
图4是一患者的股骨的仰视图；
图5是本发明的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法的一个具体实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
需要说明的是，本申请权利要求书和说明书中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在现有轴向力线方法的基础上,本发明的研究人员参照股骨轴向力线的概念，运用计算机软件3D重建股骨的CT影像。针对不同患者采用个性化设计，制作出个性化的膝关节单髁置换髓腔杆插入3D定位导板。
图1示出了本发明的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板在使用时贴合在患者股骨髁上的一个具体实施方式的示意图，在该具体实施方式中，根据患者的股骨髁形状进行3D打印，使得3D定位导板可以包括与患者的股骨髁表面紧密贴合的3D上表面(未示出)。这样，当利用3D定位导板作为定位媒介，在患者的股骨髁间选定位置和导入方向插入股骨髓内定位杆、以及在股骨髁上钻取股骨髁假体安装孔时，3D定位导板不易滑动和移位，从而确保在准确的位置和方向上钻取股骨髁假体安装孔，进而确保股骨髁假体安装后不易损坏或对患者造成次生伤害。
在本发明的一个具体实施方式中，活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板可以包括多个导板固定孔102，其位于3D定位导板的既定位置，用于在3D定位导板使用时将3D定位导板固定在患者的股骨髁上。优选的，导板固定孔102可以为两个。
在本发明的一个具体实施方式中，活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板包括一个股骨髓内定位杆导入孔103。
股骨髓内定位杆导入孔103对应的髓内定位杆入钉点设置于患者的股骨髁间。优选的，股骨髁间可以是如图4中的线段f所示的位置。
股骨髓内定位杆导入孔103的中心轴线与股骨经CT扫描而确定的股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°。其中，股骨机械轴可以为如图2所示的经过股骨的股骨头中点与股骨髁间中点的线b，股骨髓内定位杆导入孔103的中心轴线可以为如2所示的线c，股骨髓内定位杆导入孔103的中心轴线c为经过患者的股骨髁间的一个选择的点向股骨髓内延伸的一条线，其与股骨机械轴b的夹角A为7°。这样，在经由股骨髓内定位杆导入孔103在患者的股骨髁上钻得导入孔后，因为股骨髁假体安装孔钻孔器械的股骨髓内定位杆与股骨髁假体安装孔钻杆的具有固定的7°夹角，所以在将股骨髁假体安装孔钻孔器械的股骨髓内定位杆插入钻得的导入孔的情况下，能够确保用股骨髁假体安装孔钻杆钻得的股骨髁假体安装孔，一定沿图2中所示的线a的方向，与股骨机械轴b平行。那么，当将股骨髁假体通过假体安装孔安装在股骨上时，能够确保股骨髁假体的力线沿线a所示的方向，即与股骨机械轴b平行，这样能够确保股骨髁假体安装之后，患者日后在行走等活动中，因身体重量而对股骨髁假体施加的压力在竖直方向上，不会对股骨髁假体产生剪切力，从而使得股骨髁假体不易松动和损坏，延长股骨髁假体的使用寿命。
在本发明的一个实例中，在经由股骨髓内定位杆导入孔103在患者的股骨髁上钻取导入孔时，钻头的髓内定位杆入钉点设置于根据患者的股骨的形状而在患者的股骨髁间表面与股骨中下段的第一剖面之间的交线上选择的位置，第一剖面与图3所示的将股骨中下段前后平分为两部分的第二剖面d平行，且位于第二剖面d前方2mm至第二剖面后方2mm之间的范围内。这样，能够更好地确保顺利得到与图2所示的机械轴b平行的力线a，从而能够更好地确保股骨髁假体安装之后，患者日后在行走等活动中，因身体重量而对股骨髁假体施加的压力在竖直方向上，不会对股骨髁假体产生剪切力，从而使得股骨髁假体不易松动和损坏，延长股骨髁假体的使用寿命。
在本发明的一个实例中，如图1所示的导板固定孔102的直径可以为2mm，股骨髓内定位杆导入孔103的直径可以为4mm。
在本发明的一个实例中，股骨髓内定位杆导入孔103可以具有患者的股骨髁表面贴合的凸台。这样，股骨髓内定位杆导入孔103的深度更深，从而在经由股骨髓内定位杆导入孔103在患者的股骨髁上钻取导入孔时，钻头不易偏移，能够确保钻得的导入孔在准确的位置和方向上。这样，能够更好地确保顺利得到与图2所示的机械轴b平行的力线a，从而能够更好地确保股骨髁假体安装之后，患者日后在行走等活动中，因身体重量而对股骨髁假体施加的压力在竖直方向上，不会对股骨髁假体产生剪切力，从而使得股骨髁假体不易松动和损坏，延长股骨髁假体的使用寿命。优选的，股骨髓内定位杆导入孔103的凸台的高度可以为1-3cm。
在本发明的一个实例中，活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作材料为医用尼龙，使得3D定位导板的各个部分更易于成型，且具有足够的强度和韧性。
如图5所示，在本发明的一个具体实施方式中，本发明的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板可以经由如下步骤进行制作。
步骤S501为CT扫描步骤，在该步骤中，扫描患者的股骨，得到患者股骨的详细CT扫描数据。
步骤S502为重建股骨3D模型步骤，在该步骤中，将步骤S501中得到的CT扫描数据导入数据处理软件，数据处理软件根据骨与软组织亮度不同采用阈值分割功能从CT扫描数据得到CT序列图像，并对CT序列图像进行二值化处理，从而重建患者个性化的股骨3D模型。
步骤S503为股骨情况确定步骤，在该步骤中，利用步骤S502中重建的患者个性化的股骨3D模型的数据，确定患者股骨的具体形状。
步骤S504为3D定位导板的3D上表面确定步骤，在该步骤中，根据步骤S502中所确定的股骨的股骨髁形状，确定3D上表面的形状，使得在3D定位导板使用时，3D上表面与患者的股骨髁表面紧密贴合。这样，当利用3D定位导板作为定位媒介，在患者的股骨髁间选定位置和导入方向插入股骨髓内定位杆、以及在股骨髁上钻取股骨髁假体安装孔时，3D定位导板不易滑动和移位，从而确保在准确的位置和方向上钻取股骨髁假体安装孔，进而确保股骨髁假体安装后不易损坏或对患者造成次生伤害。
步骤S505为股骨机械轴确定步骤，在该步骤中，根据步骤S503中所确定的股骨的形状，将股骨的股骨头中点与股骨髁间中点之间的连线确定为股骨机械轴，该股骨机械轴在患者直立时一般在竖直方向上，即在承受患者资深重力的方向上。
步骤S506为股骨髓内定位杆导入孔位置及方向确定步骤，在该步骤中，将股骨髓内定位杆导入孔对应的髓内定位杆入钉点设置于患者的股骨髁间，并且将股骨髓内定位杆导入孔的中心轴线，确定为与股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°。其中，步骤S505确定的股骨机械轴可以为如图2所示的经过股骨的股骨头中点与股骨髁间中点的线b，股骨髓内定位杆导入孔103的中心轴线可以为如2所示的线c，股骨髓内定位杆导入孔103的中心轴线c为经过患者的股骨髁间的一个选择的点向股骨髓内延伸的一条线，其与股骨机械轴b的夹角A为7°。这样，在经由股骨髓内定位杆导入孔103在患者的股骨髁上钻得导入孔后，因为股骨髁假体安装孔钻孔器械的股骨髓内定位杆与股骨髁假体安装孔钻杆的具有固定的7°夹角，所以在将股骨髁假体安装孔钻孔器械的股骨髓内定位杆插入钻得的导入孔的情况下，能够确保用股骨髁假体安装孔钻杆钻得的股骨髁假体安装孔，一定沿图2中所示的线a的方向，与股骨机械轴b平行。那么，当将股骨髁假体通过假体安装孔安装在股骨上时，能够确保股骨髁假体的力线沿线a所示的方向，即与股骨机械轴b平行，这样能够确保股骨髁假体安装之后，患者日后在行走等活动中，因身体重量而对股骨髁假体施加的压力在竖直方向上，不会对股骨髁假体产生剪切力，从而使得股骨髁假体不易松动和损坏，延长股骨髁假体的使用寿命。
步骤S507为股骨髓内定位杆导入孔制作步骤，在该步骤中，利用3D重建从而显现髓内定位杆入钉点的位置和方向，根据显现的髓内定位杆入钉点的位置和方向，选择性地进行激光熔融从而逐层制作股骨髓内定位杆导入孔。这样，根据患者的股骨的具体形状能够确保制得的股骨髓内定位杆导入孔具有更精准的位置和方向，从而确保通过该股骨髓内定位杆导入孔钻取的假体安装孔安装股骨髁假体后，使股骨髁假体的力线沿图2所示的线a示出的方向，即与股骨机械轴b平行，这样能够确保股骨髁假体安装之后，患者日后在行走等活动中，因身体重量而对股骨髁假体施加的压力在竖直方向上，不会对股骨髁假体产生剪切力，从而使得股骨髁假体不易松动和损坏，延长股骨髁假体的使用寿命。
步骤S508为导板固定孔制作步骤，在该步骤中，将多个导板固定孔制作在3D定位导板的既定位置，用于在3D定位导板使用时将3D定位导板固定在患者的股骨髁上。优选的，导板固定孔102可以为两个。
上述具体实施方式中所列出的实例、步骤只是本发明的某种具体的呈现形式，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换、方法步骤的顺序调整、或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于包括：
3D上表面，其根据患者的股骨髁形状经3D打印而生成，使得在所述3D定位导板使用时，所述3D上表面与所述患者的股骨髁表面紧密贴合；
多个导板固定孔，其位于所述3D定位导板的既定位置，用于在所述3D定位导板使用时对所述3D定位导板进行固定；和
一个股骨髓内定位杆导入孔，其对应的髓内定位杆入钉点设置于所述患者的股骨髁间，并且，
所述股骨髓内定位杆导入孔的中心轴线与所述股骨经CT扫描而确定的股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°，所述股骨机械轴为所述股骨的股骨头中点与所述股骨髁间中点之间的连线。
2.如权利要求1所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于，所述髓内定位杆入钉点，设置于根据所述患者的股骨的形状而在所述患者的股骨髁间表面与所述股骨中下段的第一剖面之间的交线上选择的位置，所述第一剖面与将所述股骨中下段前后平分为两部分的第二剖面平行，且位于所述第二剖面前方2mm至所述第二剖面后方2mm之间的范围内。
3.如权利要求1所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于所述导板固定孔直径为2mm，所述股骨髓内定位杆导入孔直径为4mm。
4.如权利要求1所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于所述股骨髓内定位杆导入孔具有与所述股骨髁表面贴合的凸台。
5.如权利要求4所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于所述凸台的高度为1-3cm。
6.如权利要求1至5任一项所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板，其特征在于所述导板制作材料为医用尼龙。
7.一种活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
CT扫描步骤，其扫描患者的股骨，得到CT扫描数据；
重建股骨3D模型步骤，其将所述CT扫描数据导入数据处理软件，所述数据处理软件根据骨与软组织亮度不同采用阈值分割功能从所述CT扫描数据得到CT序列图像，并对所述CT序列图像进行二值化处理，从而重建股骨3D模型；
股骨情况确定步骤，其利用所述股骨3D模型的数据，确定所述股骨的形状；
3D定位导板的3D上表面确定步骤，其根据所确定的所述股骨的股骨髁形状，确定所述3D上表面的形状，使得在所述3D定位导板使用时，所述3D上表面与所述患者的股骨髁表面紧密贴合；
股骨机械轴确定步骤，其根据所确定的所述股骨的所述形状，将所述股骨的股骨头中点与所述股骨髁间中点之间的连线确定为所述股骨机械轴；
股骨髓内定位杆导入孔位置及方向确定步骤，其将所述股骨髓内定位杆导入孔对应的髓内定位杆入钉点设置于所述患者的股骨髁间，并且将所述股骨髓内定位杆导入孔的中心轴线，确定为与所述股骨机械轴在冠状位上的夹角为7°；以及
股骨髓内定位杆导入孔制作步骤，其利用3D重建从而显现所述髓内定位杆入钉点的所述位置和方向，根据显现的所述髓内定位杆入钉点的所述位置和方向，选择性地进行激光熔融从而逐层制作所述股骨髓内定位杆导入孔；以及
导板固定孔制作步骤，其将多个导板固定孔制作在所述3D定位导板的既定位置，所述导板固定孔用于对所述3D定位导板进行固定。
8.如权利要求7所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于，在股骨髓内定位杆导入孔位置及方向确定步骤中，将所述髓内定位杆入钉点，设置于根据所述股骨的所述形状而在所述患者的股骨髁间表面与所述股骨中下段的第一剖面之间的交线上选择的位置，所述第一剖面与将所述股骨中下段前后平分为两部分的第二剖面平行，且位于所述第二剖面前方2mm至所述第二剖面后方2mm之间的范围内。
9.如权利要求7所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于，所述扫描的扫描长度为所述股骨的全长，所述扫描的扫描层厚为0.5mm。
10.如权利要求7所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于所述导板固定孔直径为2mm，所述股骨髓内定位杆导入孔直径为4mm。
11.如权利要求7所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于，在所述股骨髓内定位杆导入孔制作步骤中，将所述股骨髓内定位杆导入孔制作有与所述股骨髁表面贴合的凸台。
12.如权利要求11所述的活动平台单髁置换髓腔杆插入3D定位导板的制作方法，其特征在于所述凸台的高度为1-3cm。
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2019
- 2019-12-27 CN CN201911380428.2A patent/CN111012470B/zh active Active
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| CN111012470B (zh) | 2024-04-30 |
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