CN114052824A - 3d打印截骨导向器和下肢验证装置制备方法及使用方法 - Google Patents

3d打印截骨导向器和下肢验证装置制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗器械领域的3D打印截骨导向器和下肢验证装置制备方法及使用方法，包括3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备阶段和利用3D打印截骨导向器和下肢验证装置的使用阶段；包括准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集，将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，同时生成两个下肢力线验证装置；该发明提供一种制备方法，通过该方法可以快速的进行3D打印截骨导向器和下肢验证装置，提高手术的效率，减少病人的痛苦，增加病人的治愈的可能性，同时降低成本；同时提供一种使用方法，通过该方法可以精准矫正多个平面的上的畸形，提高手术的成功率，能够快速的进行普及。

Description

3D打印截骨导向器和下肢验证装置制备方法及使用方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种3D打印截骨导向器和下肢验证装置制备方法及使用方法。
背景技术
对于合并严重关节外畸形的膝关节骨性关节炎患者，若不考虑关节外畸形而仅仅通过全膝关节置换术（total knee arthroplasty, TKA）行关节内矫正，可能会损伤侧副韧带、出现术后膝关节不稳、增加患者术后疼痛和假体松动的风险；对于这样的患者，在TKA前先进行关节外畸形矫正是必要的；对于合并严重关节外畸形的膝关节骨性关节炎患者先进行关节外截骨矫形再行TKA难度较大；众所周知，合并严重关节外畸形的膝关节骨性关节炎患者不仅在冠状面上存在内、外翻畸形，在矢状面和水平面上同样存在成角和旋转畸形，其畸形是三维的，即使有经验的矫形外科医师也很难精准矫正多个平面的上的畸形；计算机辅助导航系统可解决这一问题，而且获得了良好的临床疗效，但计算机辅助系统价格昂贵，仅有极少数医疗机构拥有，无法普及；近年来，3D打印技术迅猛发展，在多个学科得到应用和普及，尤其在骨科矫形方面，并取得了良好的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备方法，通过该方法可以快速的进行3D打印截骨导向器和下肢验证装置，提高手术的效率，减少病人的痛苦，增加病人的治愈的可能性，同时降低成本。
本发明应用时，包括
步骤一：准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集阶段，将所有患者行双下肢全长正侧位X线片和双下肢三维CT重建检查（从股骨头到距骨），扫描厚度0.8-1.5mm；
步骤二：将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，根据测量结果计算出关节外畸形在冠状位畸形角度（CA）、矢状位畸形角度（SA）和水平位旋转畸形角度（HA）并为计算机模拟截骨提供依据；
步骤三：医工结合、模拟手术、截骨导向器生成阶段即骨干截骨导向器设计阶段；
步骤四：根据患者CT扫描结果重建出患者双下肢骨骼三维图像，确定畸形顶点，利用软件确定最佳截骨位置并模拟截骨；
步骤五：根据CA、SA、HA模拟矫形，使之在冠状面、矢状面和水平面达到最佳的力线，模拟截骨端会出现骨骼影像的部分重叠，此时生成一个楔形骨块，根据该楔形骨块设计出一个截骨导向器；
步骤六：上述截骨导向器与截骨端特定位置骨干外形完全吻合，以便术中定位安装；理论上沿着导向器截骨，去除楔形骨块，然后复位后即可矫正关节外畸形；
步骤七：同时生成两个下肢力线验证装置，即固定截骨导向器的克氏针保留，复位后在克氏针上分别安装下肢力线验证装置，两个下肢力线验证装置上的两孔对齐并可顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针，说明关节外畸形矫正达到设计要求；
步骤八：3D打印截骨导向器和下肢力线验证装置，然后消毒。
本发明有益效果是，通过该方法可以快速的进行3D打印截骨导向器和下肢验证装置，提高手术的效率，减少病人的痛苦，增加病人的治愈的可能性，同时降低成本。
本发明使用时：准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集阶段，将所有患者行双下肢全长正侧位X线片和双下肢三维CT重建检查（从股骨头到距骨），扫描厚度0.8-1.5mm；将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，根据测量结果计算出关节外畸形在冠状位畸形角度（CA）、矢状位畸形角度（SA）和水平位旋转畸形角度（HA）并为计算机模拟截骨提供依据；医工结合、模拟手术、截骨导向器生成阶段即骨干截骨导向器设计阶段；根据患者CT扫描结果重建出患者双下肢骨骼三维图像，确定畸形顶点，利用软件确定最佳截骨位置并模拟截骨；根据CA、SA、HA模拟矫形，使之在冠状面、矢状面和水平面达到最佳的力线，模拟截骨端会出现骨骼影像的部分重叠，此时生成一个楔形骨块，根据该楔形骨块设计出一个截骨导向器；上述截骨导向器与截骨端特定位置骨干外形完全吻合，以便术中定位安装；理论上沿着导向器截骨，去除楔形骨块，然后复位后即可矫正关节外畸形；同时生成两个下肢力线验证装置，即固定截骨导向器的克氏针保留，复位后在克氏针上分别安装下肢力线验证装置，两个下肢力线验证装置上的两孔对齐并可顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针，说明关节外畸形矫正达到设计要求；3D打印截骨导向器和下肢力线验证装置，然后消毒。
本发明的另一个目的在于提供一种3D打印截骨导向器和下肢验证装置的使用方法，通过该方法可以精准矫正多个平面的上的畸形，提高手术的成功率，能够快速的进行普及。
本发明应用时包括
步骤一：截骨导向器引导下行关节外截骨矫形；
步骤二：腰硬联合麻醉后患者取仰卧位，以下肢骨干畸形截骨处为中心；
步骤三：行股骨外侧纵行切口显露骨干截骨处；
步骤四：将消毒好的截骨导向器安装在术前设计的部位，克氏针固定；
步骤五：沿着截骨导向器行股骨楔形截骨，取出截骨导向器和楔形骨块，保留克氏针；
步骤六：骨折端复位，在固定截骨导向器的克氏针上安装两个验证装置，调整远端骨折端，使得验证装置上的两个孔重合；
步骤七：顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针为准，此时在冠状位、矢状位和水平位上畸形得到纠正，再用钢板固定并缝合伤口。
本发明的另一个有益效果是，通过该方法可以精准矫正多个平面的上的畸形，提高手术的成功率，能够快速的进行普及。
本发明另一个目的工作时，包括截骨导向器引导下行关节外截骨矫形；腰硬联合麻醉后患者取仰卧位，以下肢骨干畸形截骨处为中心；行股骨外侧纵行切口显露骨干截骨处；将消毒好的截骨导向器安装在术前设计的部位，克氏针固定；沿着截骨导向器行股骨楔形截骨，取出截骨导向器和楔形骨块，保留克氏针；骨折端复位，在固定截骨导向器的克氏针上安装两个验证装置，调整远端骨折端，使得验证装置上的两个孔重合；顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针为准，此时在冠状位、矢状位和水平位上畸形得到纠正，再用钢板固定并缝合伤口。
进一步的，为了保证3D打印截骨导向器使用稳定可靠；包括截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部，所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部一体成型设置并且各个定位部之间设置间隙，所述截骨上侧定位部的上侧和截骨下侧定位部的下侧分别设置有上侧翼和下侧翼，上侧翼处设置有一个克氏针定位孔，下侧翼处设置有两个克氏针定位孔，所述上侧定位部还设置有定位孔。
进一步的，为了保证3D打印截骨导向器能够和骨头完全进行吻合；所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部、截骨下侧定位部、上侧翼和下侧翼的底部配合骨头的表面呈弧形，所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部的两端设置有加强筋连接。
进一步的，为了保证下肢验证装置能够稳定的进行工作；包括上部分和下部分，上部分和下部分中间设置有间隙，上部分设置有上侧凸起，下部分设置有下侧凸起，上侧凸起垂直设置有克氏针定位孔，下侧凸起垂直还设置有克氏针定位孔；所述上部分朝上设置有克氏针定位孔，下部分朝下设置有克氏针定位孔。
进一步的，为了保证下肢验证装置能够稳定的适合骨头的形状；同时便于克氏针进行定位，所述上部分和下部分的底部呈弧形设置，所述上侧凸起和下侧凸起的底部还呈弧形设置。
附图说明
图1为患者手术前X线片图。
图2为患者手术前三维CT重建图。
图3为患者术前计算机测量畸形角度，模拟截骨图一。
图4为患者术前计算机测量畸形角度，模拟截骨图二。
图5为患者3D打印截骨矫形导向器图。
图6为患者截骨后的下肢验证装置图。
图7为患者模拟截骨矫形图。
图8为患者下肢验证装置验证力线及计算机模拟矫形效果图。
图9为患者术中采用3D打印截骨矫形导向器截骨矫形图一。
图10为患者术中采用3D打印截骨矫形导向器截骨矫形图二。
图11为患者术中采用下肢验证装置验证下肢力线，克氏针可穿过验证装置的圆孔图。
图12为患者手术过程中的术中复位图。
图13为患者采用3D打印截骨矫形导向器截掉的楔形骨折块的图。
图14为患者术后力线矫正良好的示意图。
图15为3D打印截骨导向器的立体图。
图16为下肢验证装置的立体图。
其中，1截骨上侧定位部、2、截骨中间定位部、3截骨下侧定位部、4上侧翼、5下侧翼、6克氏针定位孔、7上部分、8下部分、9上侧凸起、10下侧凸起、11定位孔。
具体实施方式
实施例一：
如图所示，本发明应用时，包括
步骤一：准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集阶段，将所有患者行双下肢全长正侧位X线片和双下肢三维CT重建检查（从股骨头到距骨），扫描厚度1mm；
步骤二：将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，根据测量结果计算出关节外畸形在冠状位畸形角度（CA）、矢状位畸形角度（SA）和水平位旋转畸形角度（HA）并为计算机模拟截骨提供依据；
步骤三：医工结合、模拟手术、截骨导向器生成阶段即骨干截骨导向器设计阶段；
步骤四：根据患者CT扫描结果重建出患者双下肢骨骼三维图像，确定畸形顶点，利用软件确定最佳截骨位置并模拟截骨；
步骤五：根据CA、SA、HA模拟矫形，使之在冠状面、矢状面和水平面达到最佳的力线，模拟截骨端会出现骨骼影像的部分重叠，此时生成一个楔形骨块，根据该楔形骨块设计出一个截骨导向器；
步骤六：上述截骨导向器与截骨端特定位置骨干外形完全吻合，以便术中定位安装；理论上沿着导向器截骨，去除楔形骨块，然后复位后即可矫正关节外畸形；
步骤七：同时生成两个下肢力线验证装置，即固定截骨导向器的克氏针保留，复位后在克氏针上分别安装下肢力线验证装置，两个下肢力线验证装置上的两孔对齐并可顺利插入一根直径3mm克氏针，说明关节外畸形矫正达到设计要求；
步骤八：3D打印截骨导向器和下肢力线验证装置，然后消毒。
本发明使用时：准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集阶段，将所有患者行双下肢全长正侧位X线片和双下肢三维CT重建检查（从股骨头到距骨），扫描厚度1mm；将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，根据测量结果计算出关节外畸形在冠状位畸形角度（CA）、矢状位畸形角度（SA）和水平位旋转畸形角度（HA）并为计算机模拟截骨提供依据；医工结合、模拟手术、截骨导向器生成阶段即骨干截骨导向器设计阶段；根据患者CT扫描结果重建出患者双下肢骨骼三维图像，确定畸形顶点，利用软件确定最佳截骨位置并模拟截骨；根据CA、SA、HA模拟矫形，使之在冠状面、矢状面和水平面达到最佳的力线，模拟截骨端会出现骨骼影像的部分重叠，此时生成一个楔形骨块，根据该楔形骨块设计出一个截骨导向器；上述截骨导向器与截骨端特定位置骨干外形完全吻合，以便术中定位安装；理论上沿着导向器截骨，去除楔形骨块，然后复位后即可矫正关节外畸形；同时生成两个下肢力线验证装置，即固定截骨导向器的克氏针保留，复位后在克氏针上分别安装下肢力线验证装置，两个下肢力线验证装置上的两孔对齐并可顺利插入一根直径3mm克氏针，说明关节外畸形矫正达到设计要求；3D打印截骨导向器和下肢力线验证装置，然后消毒。
实施例二：
本发明应用时包括
步骤一：截骨导向器引导下行关节外截骨矫形；
步骤二：腰硬联合麻醉后患者取仰卧位，以下肢骨干畸形截骨处为中心；
步骤三：行股骨外侧纵行切口显露骨干截骨处；
步骤四：将消毒好的截骨导向器安装在术前设计的部位，克氏针固定；
步骤五：沿着截骨导向器行股骨楔形截骨，取出截骨导向器和楔形骨块，保留克氏针；
步骤六：骨折端复位，在固定截骨导向器的克氏针上安装两个验证装置，调整远端骨折端，使得验证装置上的两个孔重合；
步骤七：顺利插入一根直径3mm克氏针为准，此时在冠状位、矢状位和水平位上畸形得到纠正，再用钢板固定并缝合伤口。
本发明的另一个有益效果是，通过该方法可以精准矫正多个平面的上的畸形，提高手术的成功率，能够快速的进行普及。
本发明另一个目的工作时，包括截骨导向器引导下行关节外截骨矫形；腰硬联合麻醉后患者取仰卧位，以下肢骨干畸形截骨处为中心；行股骨外侧纵行切口显露骨干截骨处；将消毒好的截骨导向器安装在术前设计的部位，克氏针固定；沿着截骨导向器行股骨楔形截骨，取出截骨导向器和楔形骨块，保留克氏针；骨折端复位，在固定截骨导向器的克氏针上安装两个验证装置，调整远端骨折端，使得验证装置上的两个孔重合；顺利插入一根直径3mm克氏针为准，此时在冠状位、矢状位和水平位上畸形得到纠正，再用钢板固定并缝合伤口。
包括截骨上侧定位部1、截骨中间定位部2和截骨下侧定位部3，所述截骨上侧定位部1、截骨中间定位部2和截骨下侧定位部3一体成型设置并且各个定位部之间设置间隙，所述截骨上侧定位部1的上侧和截骨下侧定位部3的下侧分别设置有上侧翼4和下侧翼5，上侧翼4处设置有一个克氏针定位孔6，下侧翼5处设置有两个克氏针定位孔6，所述上侧定位部1还设置有定位孔11。
所述截骨上侧定位部1、截骨中间定位部2、截骨下侧定位部3、上侧翼4和下侧翼5的底部配合骨头的表面呈弧形，所述截骨上侧定位部1、截骨中间定位部2和截骨下侧定位部3的两端设置有加强筋连接。
包括上部分7和下部分8，上部分7和下部分8中间设置有间隙，上部分7设置有上侧凸起9，下部分8设置有下侧凸起10，上侧凸起9垂直设置有克氏针定位孔6，下侧凸起10垂直还设置有克氏针定位孔6；所述上部分7朝上设置有克氏针定位孔6，下部分8朝下设置有克氏针定位孔6。
所述上部分7和下部分8的底部呈弧形设置，所述上侧凸起9和下侧凸起10的底部还呈弧形设置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备方法；其特征在于，包括3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备阶段，该阶段包括
步骤一：准备对3D打印截骨导向器和下肢验证装置的制备即数据采集阶段，将所有患者行双下肢全长正侧位X线片和双下肢三维CT重建检查（从股骨头到距骨），扫描厚度0.8-1.5mm；
步骤二：将上述数据导入计算机，确定骨干畸形顶点，根据测量结果计算出关节外畸形在冠状位畸形角度（CA）、矢状位畸形角度（SA）和水平位旋转畸形角度（HA）并为计算机模拟截骨提供依据；
步骤三：医工结合、模拟手术、截骨导向器生成阶段即骨干截骨导向器设计阶段；
步骤四：根据患者CT扫描结果重建出患者双下肢骨骼三维图像，确定畸形顶点，利用软件确定最佳截骨位置并模拟截骨；
步骤五：根据CA、SA、HA模拟矫形，使之在冠状面、矢状面和水平面达到最佳的力线，模拟截骨端会出现骨骼影像的部分重叠，此时生成一个楔形骨块，根据该楔形骨块设计出一个截骨导向器；
步骤六：上述截骨导向器与截骨端特定位置骨干外形完全吻合，以便术中定位安装；理论上沿着导向器截骨，去除楔形骨块，然后复位后即可矫正关节外畸形；
步骤七：同时生成两个下肢力线验证装置，即固定截骨导向器的克氏针保留，复位后在克氏针上分别安装下肢力线验证装置，两个下肢力线验证装置上的两孔对齐并可顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针，说明关节外畸形矫正达到设计要求；
步骤八：3D打印截骨导向器和下肢力线验证装置，然后消毒。
2.根据权利要求1所述的3D打印截骨导向器和下肢验证装置的使用方法，其特征在于：利用3D打印截骨导向器和下肢验证装置的使用阶段，包括
步骤一：截骨导向器引导下行关节外截骨矫形；
步骤二：腰硬联合麻醉后患者取仰卧位，以下肢骨干畸形截骨处为中心；
步骤三：行股骨外侧纵行切口显露骨干截骨处；
步骤四：将消毒好的截骨导向器安装在术前设计的部位，克氏针固定；
步骤五：沿着截骨导向器行股骨楔形截骨，取出截骨导向器和楔形骨块，保留克氏针；
步骤六：骨折端复位，在固定截骨导向器的克氏针上安装两个验证装置，调整远端骨折端，使得验证装置上的两个孔重合；
步骤七：顺利插入一根直径2-3.5mm克氏针为准，此时在冠状位、矢状位和水平位上畸形得到纠正，再用钢板固定并缝合伤口。
3.根据权利要求1所述的3D打印截骨导向器，其特征在于：包括截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部，所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部一体成型设置并且各个定位部之间设置间隙，所述截骨上侧定位部的上侧和截骨下侧定位部的下侧分别设置有上侧翼和下侧翼，上侧翼处设置有一个克氏针定位孔，下侧翼处设置有两个克氏针定位孔，所述上侧定位部还设置有定位孔。
4.根据权利要求1所述的3D打印截骨导向器，其特征在于：所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部、截骨下侧定位部、上侧翼和下侧翼的底部配合骨头的表面呈弧形，所述截骨上侧定位部、截骨中间定位部和截骨下侧定位部的两端设置有加强筋连接。
5.根据权利要求1所述的下肢验证装置，其特征在于：包括上部分和下部分，上部分和下部分中间设置有间隙，上部分设置有上侧凸起，下部分设置有下侧凸起，上侧凸起垂直设置有克氏针定位孔，下侧凸起垂直还设置有克氏针定位孔；所述上部分朝上设置有克氏针定位孔，下部分朝下设置有克氏针定位孔。
6.根据权利要求1所述的下肢验证装置，其特征在于：所述上部分和下部分的底部呈弧形设置，所述上侧凸起和下侧凸起的底部还呈弧形设置。
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