CN111179716A - 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型 - Google Patents

一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型 Download PDF

Info

Publication number
CN111179716A
CN111179716A CN202010016336.2A CN202010016336A CN111179716A CN 111179716 A CN111179716 A CN 111179716A CN 202010016336 A CN202010016336 A CN 202010016336A CN 111179716 A CN111179716 A CN 111179716A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
cruciate ligament
posterior cruciate
dimensional
knee joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010016336.2A
Other languages
English (en)
Inventor
林奕鹏
李棋
蔡武峰
黄锡豪
李箭
华子恺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
West China Hospital of Sichuan University
Original Assignee
West China Hospital of Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by West China Hospital of Sichuan University filed Critical West China Hospital of Sichuan University
Priority to CN202010016336.2A priority Critical patent/CN111179716A/zh
Publication of CN111179716A publication Critical patent/CN111179716A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/102—Modelling of surgical devices, implants or prosthesis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones

Abstract

本发明公开一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，包括以下步骤：a、三维成像重建：采用层距为0.6mm的双膝薄层CT扫描图像进行三维成像重建；b、确定膝关节近似固定旋转轴：先在CT三维重建上肉眼取点，然后在重建的三维CT的股骨的内、外髁上分别绘制球体，当球体表面包含最多肉眼取点时，两个球体的球心相连的延长直线为膝关节股骨髁近似固定0‑90°旋转轴；c、骨隧道钻孔：以后交叉韧带在股骨髁和胫骨止点的足印区的中心为钻孔中心，分别向股骨和胫骨钻股骨隧道和胫骨隧道，并且在股骨隧道上口、胫骨隧道下口之间的预定位置设置用于悬挂固定的螺栓；d、横穿钉通道设置。本发明能够准确构建膝关节后交叉韧带模型。

Description

一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型
技术领域
本发明涉及一种关节建模技术，尤其涉及一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型。
背景技术
膝关节交叉韧带又称十字韧带，位于股骨内外髁之间，前后两条，互相交叉。前交叉韧带起于股骨髁间窝外后部，向前、内、下止于胫骨棘前侧。后交叉韧带起于股骨髁间窝内前部，向后、外、下止于胫骨棘后侧。前交叉韧带防止胫骨向前移位；后交叉韧带则防止胫骨向后移位。
膝关节交叉韧带重建手术的主要目的，是重建一条新的前交叉韧带，以恢复期维持向前稳定的功能。构建基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，能够方便教学、练习使用。
发明内容
本发明旨在提供一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，能够准确构建膝关节后交叉韧带模型。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，包括以下步骤：
a、三维成像重建：采用层距为0.6mm的双膝薄层CT扫描图像进行三维成像重建；
b、确定膝关节近似固定旋转轴：先在CT三维重建上肉眼取点，然后在重建的三维CT的股骨的内、外髁上分别绘制球体，当球体表面包含最多肉眼取点时，两个球体的球心相连的延长直线为膝关节股骨髁近似固定0-90°旋转轴；
c、骨隧道钻孔:以后交叉韧带在股骨髁和胫骨止点的足印区的中心为钻孔中心，分别向股骨和胫骨钻股骨隧道和胫骨隧道，并且在股骨隧道上口、胫骨隧道下口之间的预定位置设置用于悬挂固定的螺栓；
d、横穿钉通道设置:包括胫骨横穿钉通道设置和股骨横穿钉通道设置，所述胫骨横穿钉通道设置如下：
在距离胫骨隧道关节内口预定距离，垂直于胫骨隧道长径，过胫骨隧道中心制作圆柱型通道A，所述圆柱型通道A有两个；
所述股骨横穿钉通道设置如下：
在距离股骨隧道关节内口预定距离，垂直于股骨隧道长径，过股骨隧道中心制作圆柱型通道B，所述圆柱型通道B有两个。
进一步的，本发明还包括圆盘，所述圆盘有两个，分别连接股骨上端和胫骨下端。
进一步的，本发明还包括关节模型解剖对位器，所述关节模型解剖对位器包括三根对位柱，三根对位柱沿胫骨轴向设置，并均分同一圆周。
优选的，所述股骨隧道、胫骨隧道的直径均为8mm,所述圆柱型通道A、圆柱型通道B的直径均为2.2mm，两个圆柱型通道A分别距离胫骨隧道关节内口15mm、20mm,两个圆柱型通道B分别距离股骨隧道关节内口15mm、20mm。
优选的，步骤b中所述球体是根据肉眼取点通过计算机用最小二乘法进行精确拟合的。
优选的，所述螺栓为8mm，距离胫骨隧道下口10mm。
进一步的，所述圆柱型通道A、圆柱型通道B中设置2.0mm克氏针。
优选的，所述对位柱与圆盘卡扣连接。
进一步优选的，所述卡扣为土字型卡口；起限制自由度的作用。
本发明能够准确构建膝关节后交叉韧带模型，能够适用于教学、练习使用。
附图说明
图1为旋转轴示意图；
图2为谷隧道示意图；
图3为横穿钉固定的示意图；
图4为模型示意图；
图5为模型装配夹具示意图；
图6为关节解剖对位器和夹具安装装置的示意图
图7为包括对位柱的解剖对位装置示意图；
图8为解剖对位装置示意图；
图9为解剖对位装置的使用状态图；
图10为横穿钉的位置示意图；
图11为悬挂固定用拴桩的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
本发明的公开的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，具体包括：
1、进行双膝薄层CT扫描，层距为0.6mm；做三维成像重建。
2、CT图像打印前预处理
2.1、膝关节近似固定旋转轴确定
确定膝关节0-90°的近似固定旋转轴，如图1所示，在股骨(内/外)髁上做球体，寻找当球体与股骨(内/外)髁相切点最多时，两球体球心相连的延长直线即为此膝关节股骨髁近似固定0-90°旋转轴。此操作通过计算机软件上用最小二乘法进行精确拟合。图1中，3D打印膝关节近似固定旋转轴设计首先通过取点(+号处)，进行内外髁球状拟合(绿色球)，确定内外髁拟合球的球心，连接球心，红色圆柱即为所找近似固定0-90°旋转轴。
2.2、骨隧道钻孔
如图2、图11所示，通过重建后的骨骼解剖标志，确定后交叉韧带在股骨髁和胫骨止点的足印区(Foot Print)，以该区中心为圆心，采用后交叉韧带解剖重建标准术式，分别向股骨和胫骨钻直径8mm骨隧道。同时在股骨隧道上口，胫骨隧道下口约10mm位置，仿照栓桩螺钉的结构设计一个直径约8mm的螺栓用于悬吊固定。
2.3、移植物固定装置：横穿钉通道设置
如图3所示，在距离胫骨隧道关节内口15mm处，垂直于隧道长径，过隧道中心设计一直径2.2mm的圆柱型通道供横穿钉进行固定。在该孔远端5mm，及距离关节内口20mm处平行于第一孔设计第二个相同的通道。使用同样的方法在胫骨隧道上打开两个相同的通道。横穿钉用2.0mm克氏针代替。图4中，在模型上计算并通过解剖重建的方式钻出分别向股骨和胫骨钻直径8mm骨隧道，同时在两侧都设计“横穿钉+栓桩螺钉悬吊”双重固定。其中横穿钉为克氏针代替，非3D打印，图中为了标识方便而将横穿钉表示出来。
2.4模型-夹具-疲劳测试机器装配装置
由于目前的膝关节屈伸机器均为规则的膝关节假体测试用，而3D打印膝关节精确还原真实的、不规则的骨骼解剖结构，如图4所示，因此在原模型上做了一个延伸的圆盘装置，使模型能与机器的夹具对接，在对接的同时保证了反复安装模型-夹具的便利，该圆盘与模型为一打印整体，同时，与该圆盘匹配设计了一个适应该圆盘的，直接安装在机器上的夹具。打印圆盘不仅起到精确安装的作用，同时还提供位置给关节模型进行解剖对位。
2.5关节模型解剖对位器
由于3D打印时为股骨侧和胫骨侧分开打印为确保循环屈曲时按照关节解剖位，如图5-图10所示，在模型上设计了一个限制器，将分散打印出来的关节(股骨端和胫骨端)重新按照CT扫描时的膝关节空间结构进行对位。考虑到不影响屈曲疲劳实验和角度测定，将限制器设计在夹具对接器上，并设计了一个可拆除的结构。具体的结构如下：
2.5.1、模型设计三根对位柱，三分360°限制模型在解剖对位；
2.5.2、模型延伸的圆盘装置(黄色模型部分，连着模型打印)，使模型能与机器的夹具对接(上下绿色部分，固定在机器上，非打印).
2.5.3、对位器(绿色)与模型圆盘(黄色)的嵌合。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，包括以下步骤：
a、三维成像重建：采用层距为0.6mm的双膝薄层CT扫描图像进行三维成像重建；
b、确定膝关节近似固定旋转轴：先在CT三维重建上肉眼取点，然后在重建的三维CT的股骨的内、外髁上分别绘制球体，当球体表面包含最多肉眼取点时，两个球体的球心相连的延长直线为膝关节股骨髁近似固定0-90°旋转轴；
c、骨隧道钻孔：以后交叉韧带在股骨髁和胫骨止点的足印区的中心为钻孔中心，分别向股骨和胫骨钻股骨隧道和胫骨隧道，并且在股骨隧道上口、胫骨隧道下口之间的预定位置设置用于悬挂固定的螺栓；
d、横穿钉通道设置：包括胫骨横穿钉通道设置和股骨横穿钉通道设置，所述胫骨横穿钉通道设置如下：
在距离胫骨隧道关节内口预定距离，垂直于胫骨隧道长径，过胫骨隧道中心制作圆柱型通道A，所述圆柱型通道A有两个；
所述股骨横穿钉通道设置如下：
在距离股骨隧道关节内口预定距离，垂直于股骨隧道长径，避开关节及骨组织表面的软组织，过股骨隧道中心制作圆柱型通道B，所述圆柱型通道B有两个。
2.根据权利要求1所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，还包括圆盘，所述圆盘有两个，分别连接股骨上端和胫骨下端。
3.根据权利要求1所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，还包括关节模型解剖对位器，所述关节模型解剖对位器包括三根对位柱，三根对位柱沿胫骨轴向设置，并均分同一圆周。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，所述股骨隧道、胫骨隧道的直径均为8mm,所述圆柱型通道A、圆柱型通道B的直径均为2.2mm，两个圆柱型通道A分别距离胫骨隧道关节内口15mm、20mm,两个圆柱型通道B分别距离股骨隧道关节内口15mm、20mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，步骤b中所述球体是根据肉眼取点通过计算机用最小二乘法进行精确拟合的。
6.根据权利要求4任一项所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，所述螺栓为8mm，距离胫骨隧道下口10mm。
7.根据权利要求4任一项所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，所述圆柱型通道A、圆柱型通道B中设置2.0mm克氏针。
8.根据权利要求3所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，所述对位柱与圆盘卡扣连接。
9.根据权利要求8所述的基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型，其特征在于，所述卡扣为土字型卡口。
CN202010016336.2A 2020-01-08 2020-01-08 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型 Pending CN111179716A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016336.2A CN111179716A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016336.2A CN111179716A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111179716A true CN111179716A (zh) 2020-05-19

Family

ID=70656156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010016336.2A Pending CN111179716A (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111179716A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101653387A (zh) * 2009-09-24 2010-02-24 北京航空航天大学 力封闭的膝关节置换假体
CN101991422A (zh) * 2010-08-09 2011-03-30 上海交通大学医学院附属仁济医院 一种在股骨髁长轴截面内定位人体膝关节伸屈运动轴心的方法
CN104970904A (zh) * 2014-04-14 2015-10-14 陆声 基于mri的全膝关节置换个体化定位模板设计
CN205698003U (zh) * 2016-03-29 2016-11-23 中国人民解放军第三军医大学第三附属医院 基于虚拟手术的膝关节前交叉韧带重建胫骨导向装置
CN206524093U (zh) * 2017-02-09 2017-09-26 中国人民解放军第四军医大学 一种组合式3d股骨颈骨折模型
CN108836457A (zh) * 2018-04-27 2018-11-20 昆明医科大学第附属医院 一种3d打印个性化前交叉韧带重建股骨隧道定位器及其制备方法
CN109549763A (zh) * 2019-01-09 2019-04-02 上海交通大学医学院附属第九人民医院 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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101653387A (zh) * 2009-09-24 2010-02-24 北京航空航天大学 力封闭的膝关节置换假体
CN101991422A (zh) * 2010-08-09 2011-03-30 上海交通大学医学院附属仁济医院 一种在股骨髁长轴截面内定位人体膝关节伸屈运动轴心的方法
CN104970904A (zh) * 2014-04-14 2015-10-14 陆声 基于mri的全膝关节置换个体化定位模板设计
CN205698003U (zh) * 2016-03-29 2016-11-23 中国人民解放军第三军医大学第三附属医院 基于虚拟手术的膝关节前交叉韧带重建胫骨导向装置
CN206524093U (zh) * 2017-02-09 2017-09-26 中国人民解放军第四军医大学 一种组合式3d股骨颈骨折模型
CN108836457A (zh) * 2018-04-27 2018-11-20 昆明医科大学第附属医院 一种3d打印个性化前交叉韧带重建股骨隧道定位器及其制备方法
CN109549763A (zh) * 2019-01-09 2019-04-02 上海交通大学医学院附属第九人民医院 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

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟郑鑫 等: "关节镜联合小切口Ⅰ期治疗外伤性难复性膝关节脱位伴多韧带损伤的临床研究", 《新疆医学》 *
李虎 等: "股骨远端旋转力线的研究进展", 《中国临床解剖学杂志》 *
王新亮 等: "关节镜下前交叉韧带重建两种固定方法比较", <中国医药科学> *
罗树林: "3D打印技术在膝前交叉韧带重建中的应用", 《体育科研》 *
袁振 等: "前交叉韧带重建术的术式选择", 《医学综述》 *
阿肖克·拉杰构巴: "《膝关节外科学》", 31 May 2017 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220151712A1 (en) Systems and methods for patient-based computer assisted surgical procedures
US20240081841A1 (en) Patient-Specific Cutting Guide for the Shoulder
US9707086B2 (en) Total knee arthroplasty methods, systems, and instruments
US10426622B2 (en) Customized acetabular cup positioning guide and method of generating and employing such a guide
US7534263B2 (en) Surgical tools facilitating increased accuracy, speed and simplicity in performing joint arthroplasty
CA2591511C (en) Rotational alignment femoral sizing guide
US6258097B1 (en) Head center instrument and method of using the same
US4841975A (en) Preoperative planning of bone cuts and joint replacement using radiant energy scan imaging
US20140364857A1 (en) Joint Arthroplasty Devices, Systems, and Methods
US11857202B2 (en) Knee resection and gap balancing instruments and techniques for kinematic alignment
Tudisco et al. Drilling the femoral tunnel during ACL reconstruction: transtibial versus anteromedial portal techniques
US11166732B2 (en) Devices and methods for performing anterior cruciate ligament reconstruction using patient-specific drill guide
US9289222B2 (en) Apparatus and method for repairing bone defects
US9370375B2 (en) Artificial knee joint and surgical instrument used in artificial knee joint replacement surgery
CN106264752B (zh) 用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置
KR20140010864A (ko) 무릎부분치환부
CN206198055U (zh) 用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置
CN111179716A (zh) 一种基于膝关节后交叉韧带重建术的三维打印模型
US20170027588A1 (en) Combined Measured Resection Methods and Instruments for Knee Arthroplasty
CN214966280U (zh) 全膝关节置换术中胫骨旋转对线定位装置
WO2007067150A1 (en) Computer assisted navigation for total knee arthroplasty
JP2023524949A (ja) 大腿骨頭修復
Godghate et al. A Simple Device to Determine Ante-Version During Femoral Prosthesis Insertion in Total Hip Replacement
CN112603459A (zh) 全膝关节置换术中胫骨旋转对线定位装置
Martelli et al. Computer investigation into the anatomical location of the axes of rotation in the knee

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200519