CN111407390A - 一种经皮3d打印股骨头坏死髓芯减压通道导板及其制备方法 - Google Patents
一种经皮3d打印股骨头坏死髓芯减压通道导板及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板及其制备方法，通过获得的人体薄层CT扫描DICOM数据，根据CT数据通过mimics医学影像软件，将人体皮肤、骨骼还原重建，并通过CT检查前在患者患侧股骨近端置入定位克氏针为基准，测量并计算皮肤到骨骼距离，股骨干颈角度、前倾角度、股骨头坏死病灶区，而后模拟人体体表曲度，制备以基准钉为基座的经皮置钉导板，最后通过3D打印机将相应打印材料打印制作完成；采用本发明提供采用髓芯减压治疗股骨头坏死时的精确导向，减少医源性副损伤，减少X线辐射危害，缩短手术时间。
Description
技术领域
本发明属于医疗辅助器械领域，涉及一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板及其制备方法。
背景技术
股骨头坏死(femur head necrosis，FHD)是人类一种致残率较高的疾病，据统计，我国股骨头坏死的患者约有750-1000万左右，每年新增病例高达30万。多见于30-50岁人群，约有半数累及双侧股骨头。平原地区农民发病率约为11.76/万，城市居民9.7/万，山区农民6.29/万，沿海渔民5.53/万。且男性多余女性，是造成个人、家庭、乃至国家劳动损失的一个因素。
对于股骨头坏死的治疗，医学界将其用影像学检查分为四期，有文献及治疗指南将其中1-3期作为“保髋治疗”，予以保留股骨头治疗。近年来在股骨头坏死治疗过程中方法较多，但以股骨头髓芯减压，可以清晰的看到是一个较为可行和可靠的方法。以往的方法是通过体表定位、X线多方位透视，打入导针，再次透视确定角度、深度、方向，而后扩大隧道，清除坏死骨，在此过程中难免会殃及正常骨组织。
如何才能精准的做到髓芯减压刮出坏死骨组织，又不损伤正常松质骨，这将是骨外科医师所要面对的难题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板及其制备方法，提高手术效率、减少正常骨组织破坏、减少X线辐照的优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)，在患者患侧股骨大转子下方打入2枚克氏针作为定位基准，扫描患侧髋部薄层CT，将Dicom格式的股骨近端CT文件原始数据通过Mimics软件的“Import Images”工具导入计算机，在计算机中生成股骨近端三维模型，在“Segmentation”分割模块通过“Thresholding”工具调整数据阈值为210-2000GV，区分正常骨组织与坏死骨组织，并标记坏死骨；
步骤2)，在工具栏中选择管型通道作为模拟导针，通过直尺工具测量股骨颈的矢状位、冠状位直径及股骨大转子下至股骨头皮质下的距离；
步骤3)，在股骨近端三维模型冠状面、矢状面、轴位面的坐标内确定经股骨颈的模拟导针最佳置入点及走形角度，应用相同比例直径及长度的模拟导针，观察导针在股骨颈内的走形轨迹，确定钉道位置后测量钉道的长度，将导针模型数据以STL格式保存；
步骤4)，建立皮肤软组织三维结构，调整阈值范围为－700-260GV，建立皮肤软组织模型，将STL格式数字化模型导入逆向工程软件，结合前述步骤1)设计骨、皮肤模型，在皮肤表面构建封闭的曲线，此曲线内即为导板基座；
步骤5)在步骤4)导板基座基础上，结合步骤1)定位针和步骤3)模拟导针位置，设计导针通道和加强环，以基准钉为中心设计2mm内径管型模型长40mm，管壁厚度2mm，并在基底部再套入管壁厚2mm、内径4mm、长度20mm管型；以模拟导针为中心同心圆设置管型长80mm、管壁厚2mm、内径6mm，在基底部增加加强环，加强环为管壁厚度2mm、长度10mm、内径10mm管型，清除模拟导针，此时剩余部分即为经皮导板及其基座，将模型数据导入3D打印机打印得到导航模板。
进一步，制备好导航模板后，将股骨近端三维模型数据导入3D打印机打印股骨近端模型，将导航模板与股骨模型完全匹配后进行术前预实验，沿导针导管导航方向钻入导针，导针长度预先控制，随后经X线片检测证实进针方向及长度，然后使用配套空心钻头套入导针，钻入合适深度，根据计算机软件分析计算出的坏死区域予以清除。
进一步，在患者患侧股骨大转子下方打入的克氏针直径为2mm。
进一步，在患侧股骨大转子下方约50mm外侧打入2枚克氏针。
进一步，在患侧股骨大转子下方打入的2枚克氏针间距大于30mm。
进一步，使用医用光敏树脂打印股骨近端模型和导航模板。
经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板，包括与患侧股骨头表面形状一致的基板，基板上设置用于导板定位和在人体安装使用的克氏针导管及导针导管。
本发明具有以下效果：
本发明通过获得的人体薄层CT扫描DICOM数据，根据CT数据通过mimics医学影像软件，将人体皮肤、骨骼还原重建，并通过CT检查前在患者患侧股骨近端置入定位克氏针为基准，测量并计算皮肤到骨骼距离，股骨干颈角度、股骨头坏死病灶区，而后模拟人体体表曲度，制备以基准钉为基座的经皮置钉导板，最后通过3D打印机将相应打印材料打印制作完成。
通过本发明解决以往采用髓芯减压治疗股骨头坏死时，导针反复盲穿和(或)X线反复透视，因此给患者股骨颈骨质结构带来的不必要破坏和X线辐射危害。提供了股骨头坏死病灶的精确导向，减少医源性副损伤，减少X线辐射危害，缩短手术时间。
提供辅助股骨头髓芯减压通道建立治疗股骨头坏死(Ficat分期Ⅰ—III期)方法，采用数字骨科技术分析，将股骨头坏死区域计算出来，制备一个经皮辅助通道减压并清除坏死骨组织的装置，为医生与患者提供可靠的手术方案。
附图说明
图1为股骨近端三维模型；
图2为导航模板与导航模板正面配合图；
图3为导航模板与导航模板正面配合图；
图4为导航模板和股骨近端模型示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板，包括与患侧股骨头表面形状一致的基板，基板上设置用于导板定位和在人体安装使用的克氏针导管及导针导管，克氏针导管与导针导管位置和尺寸信息根据计算模拟获得。
本发明导板制备工艺流程为：(1)得到患侧股骨近端薄层CT扫描DICOM数据，(2)得到股骨近端基准钉，(3)导入mimics医学影像软件，(4)重建骨骼、皮肤模型，(5)计算坏死区域并标注，(6)模拟导针打入并测量长度，生成皮肤、模拟导针一体导板并以STL格式保存。
如图1所示，本发明经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法具体为：
步骤1)，在患侧股骨大转子下方约50mm位置打入2枚直径2mm克氏针作为基准定位，2枚克氏针间距大于30mm，为下一步经皮导板定位和安装使用，扫描患侧髋部薄层CT，将储存的Dicom格式的股骨近端CT文件原始数据通过Mimics软件”Import Images”工具导入计算机，在计算机中生成股骨近端三维模型，在“Segmentation”分割模块通过“Thresholding”工具调整数据阈值为210-2000GV，区分正常骨组织与坏死骨组织，并标记坏死骨；
步骤2)，在工具栏中选择管型通道作为模拟导针，通过直尺工具测量股骨颈的矢状位、冠状位直径及股骨大转子下至股骨头皮质下的距离；
步骤3)，在股骨近端三维模型冠状面、矢状面、轴位面的坐标内确定经股骨颈的模拟导针最佳置入点及走形角度，应用相同比例直径及长度的模拟导针，观察导针在股骨颈内的走形轨迹，确定钉道位置后测量钉道的长度，将导针数据以STL格式保存，见图2和图3；
步骤4)，建立皮肤软组织三维结构，调整阈值范围为－700-260GV，方法与骨骼重建类同建立皮肤软组织模型，将STL格式数字化模型导入逆向工程软件(ReverseEngineerting,RE)3-matic软件，结合前述步骤设计骨、皮肤模型，将其透明度设置为0，选择“Create Curve”(创建曲线)，创建“Free curve”(自由曲线)，将“Attract curve”(吸引曲线)、“Split surfaces”(分裂表面)勾选，在皮肤表面构建封闭的曲线，此曲线内即为导板基座；
步骤5)在前述导板基座基础上，结合步骤1定位针和步骤3模拟导针位置，设计导针通道和加强环，以基准钉为中心设计2mm内径管型模型长约40mm，管壁厚度2mm，并在基底部再套入管壁厚2mm、内径4mm、长度20mm管型；以模拟导针为中心同心圆设置管型长80mm、管壁厚2mm、内径6mm，在基底部增加加强环，管壁厚度2mm、长度10mm、内径10mm管型，清除模拟导针，此时剩余部分即为经皮导板及其基座。将模型数据导入3D打印机，使用医用光敏树脂打印得到导航模板。
如图4所示，使用股骨近端模型和导航模板进行术前预实验：将导航模板与股骨模型完全匹配后，沿导航方向钻入导针，导针长度预先控制，随后经X线片检测证实进针方向及长度，然后使用配套空心钻头套入导针，钻入合适深度，通道制备后将根据计算机软件分析计算出的坏死区域予以清除。
参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)，在患者患侧股骨大转子下方打入2枚克氏针作为定位基准，扫描患侧髋部薄层CT，将Dicom格式的股骨近端CT文件原始数据通过Mimics软件的“Import Images”工具导入计算机，在计算机中生成股骨近端三维模型，在“Segmentation”分割模块通过“Thresholding”工具调整数据阈值为210-2000GV，区分正常骨组织与坏死骨组织，并标记坏死骨；
步骤2)，在工具栏中选择管型通道作为模拟导针，通过直尺工具测量股骨颈的矢状位、冠状位直径及股骨大转子下至股骨头皮质下的距离；
步骤3)，在股骨近端三维模型冠状面、矢状面、轴位面的坐标内确定经股骨颈的模拟导针最佳置入点及走形角度，应用相同比例直径及长度的模拟导针，观察导针在股骨颈内的走形轨迹，确定钉道位置后测量钉道的长度，将导针模型数据以STL格式保存；
步骤4)，建立皮肤软组织三维结构，调整阈值范围为－700-260GV，建立皮肤软组织模型，将STL格式数字化模型导入逆向工程软件，结合前述步骤1)设计骨、皮肤模型，在皮肤表面构建封闭的曲线，此曲线内即为导板基座；
步骤5)在步骤4)导板基座基础上，结合步骤1)定位针和步骤3)模拟导针位置，设计导针通道和加强环，以基准钉为中心设计2mm内径管型模型长40mm，管壁厚度2mm，并在基底部再套入管壁厚2mm、内径4mm、长度20mm管型；以模拟导针为中心同心圆设置管型长80mm、管壁厚2mm、内径6mm，在基底部增加加强环，加强环为管壁厚度2mm、长度10mm、内径10mm管型，清除模拟导针，此时剩余部分即为经皮导板及其基座，将模型数据导入3D打印机打印得到导航模板。
2.根据权利要求1所述的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于：制备好导航模板后，将股骨近端三维模型数据导入3D打印机打印股骨近端模型，将导航模板与股骨模型完全匹配后进行术前预实验，沿导针导管导航方向钻入导针，导针长度预先控制，随后经X线片检测证实进针方向及长度，然后使用配套空心钻头套入导针，钻入合适深度，根据计算机软件分析计算出的坏死区域予以清除。
3.根据权利要求1所述的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于：在患者患侧股骨大转子下方打入的克氏针直径为2mm。
4.根据权利要求1所述的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于：在患侧股骨大转子下方约50mm外侧打入2枚克氏针。
5.根据权利要求1所述的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于：在患侧股骨大转子下方打入的2枚克氏针间距大于30mm。
6.根据权利要求1所述的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板的制备方法，其特征在于：使用医用光敏树脂打印股骨近端模型和导航模板。
7.根据权利要求1所述方法制备的经皮3D打印股骨头坏死髓芯减压通道导板，其特征在于：包括与患侧股骨头表面形状一致的基板，基板上设置用于导板定位和在人体安装使用的克氏针导管及导针导管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200714 |