CN114948070A - 患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法 - Google Patents

患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及正颌手术器械领域，公开了一种患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法。本发明公开的患者匹配式正颌手术器械系统，包括截骨导板、匹配式接骨板和定位导板；截骨导板设置有用于导向截骨的截骨槽以及将截骨导板固定于颌骨上的第三螺钉孔；定位导板包括有与颌骨面贴合定位的第一定位贴合面以及与第一定位贴合面相对的第一外侧面，第一定位贴合面设置有适配固定颌骨面的第一定位区域以及用于适配分离的颌骨的第二定位区域；第一定位贴合面设置有用于定位匹配式接骨板的接骨板定位结构。采用本申请的患者匹配式正颌手术器械系统可以保证矫正位置与术前规划准确匹配，有效提高手术的精度。

Description

患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法
技术领域
本发明涉及正颌手术器械领域，尤其是一种患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法。
背景技术
由于先天或后天的原因造成的颌面骨畸形，导致了上下颌关系不协调，牙中线不一致，具体表现为龅牙、地天牙、兜牙、小下巴等症状，严重的颌面骨畸形需要同时进行正颌矫治手术，在手术过程中，外科医生会先截断上颌骨并移动到术前规划的位置，将发生干涉的骨头进行修正后用接骨板连接，再根据上颌骨最终的位置及上下牙齿的咬合关系截断并移动下颌骨至规划位置，并用接骨板连接，在这手术过程中，上颌骨的最终位置直接影响了手术的矫治效果，为了尽量保证上颌骨的最终位置和术前规划位置一致，目前是通过手术导板、板和导航辅助系统确定上颌骨矫治后的最终位置。
在现有技术下的手术过程会出现以下问题：
1、上颌骨截骨后是通过中间板来确定其最终位置，由于板是咬合在上下牙之间，所以上颌骨的位置间接的也是通过下颌骨来确定，而下颌骨髁突在关节窝内是可运动的，这就导致术中的位置无法与术前的设计完全一致，对患者的矫治效果会造成不良影响；
2、现有技术使用的接骨板是标椎化直型的接骨板，在确认好上颌位置后需要医生在术中进行弯制，弯制到能贴合目的骨面并在骨面打孔后再用螺钉对分离骨进行连接，①这会导致接骨板因为弯制而发生塑性变形，产生残余应力，使金属的耐腐蚀性降低，严重时会引起零件断裂；②在术中弯制接骨板并在目标骨面上钻孔需要耗费很长的手术时间，而且弯制的接骨板与骨面的贴合性较差，使螺钉的受力增加，不利于患者的恢复；③弯制接骨板的过程会损伤接骨板上的活性生物涂层，不利于术后恢复；
3、术中在骨面上钻螺钉孔完全靠医生的临床手术经验和高昂的导航辅助系统来确定孔的位置和方向，这加大了对外科医生的临床经验要求并增加了患者手术的经济压力；
4、现有技术的截骨板只具有切断颌骨的功能，并没有切除移干涉骨的功能，骨面移动后发生干涉的位置需要医生术中进行打磨修整，这使得手术费时费力，而且干涉区域打磨得彻底与否直接影响了骨面能否与术前规划位置重合，直接增大了手术的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种患者匹配式正颌手术器械系统及其制作方法，有效提高手术的精度。
本发明公开的患者匹配式正颌手术器械系统，包括截骨导板、匹配式接骨板和定位导板；
所述截骨导板设置有用于导向截骨的截骨槽以及将截骨导板固定于颌骨上的第三螺钉孔，所述截骨导板的截骨槽两侧通过连接桥相连接，所述截骨导板具有与颌骨面贴合定位的第二定位贴合面以及与第二定位贴合面相对的第二外侧面；
所述定位导板包括有与颌骨面贴合定位的第一定位贴合面以及与第一定位贴合面相对的第一外侧面，所述第一定位贴合面设置有适配固定颌骨面的第一定位区域以及用于适配分离的颌骨的第二定位区域；
所述第一定位贴合面设置有用于定位匹配式接骨板的接骨板定位结构，所述定位导板还具有贯穿的第一螺钉孔，所述匹配式接骨板上设置有对应第一螺钉孔的第二螺钉孔，所述匹配式接骨板设置于定位导板的第一定位贴合面并对应接骨板定位结构安装。
优选地，所述截骨导板的第二外侧面对应第三螺钉孔设置有钻孔导向环。
优选地，所述定位导板的第一外侧面对应第一螺钉孔的位置设置有防滑挡环，所述防滑挡环内侧具有纹理结构。
优选地，所述接骨板定位结构为与匹配式接骨板外周轮廓相适配的接骨板安装槽，所述匹配式接骨板安装于接骨板安装槽内。
所述的患者匹配式正颌手术器械系统的制作方法，包括如下步骤：
构建出患者头骨模型；
在头骨模型上根据患者矫治情况设计合适的颌面截骨线，通过截骨线分离颌骨；
在术前规划软件中移动分离的颌骨至理想的矫正位置，
在矫正后的理想位置上设计匹配式接骨板，并根据匹配式接骨板和颌骨面设计定位导板；
在未截骨的患者头骨模型上根据截骨线的位置，设计截骨导板；
根据设计的匹配式接骨板、定位导板以及截骨导板加工出产品。
优选地，在设计截骨导板时，设计匹配式接骨板时需确认好接骨板的安放位置，第二螺钉孔的轴线方向需尽可能垂直于骨面。
优选地，在设计定位导板时，尽量选择具有明显凹凸结构的颌骨面为基准设计定位导板，若没有合适的凹凸结构则可适当增加第一定位贴合面的面积。
优选地，在设计截骨导板前，在未截骨的患者头骨模型上确定出匹配式接骨板的第二螺钉孔的位置和方向，并根据第二螺钉孔在未截骨的患者头骨模型的位置和方向设计截骨导板的第三螺钉孔。
优选地，移动分离的颌骨至理想的矫正位置时，标记出移动中发生干涉的颌骨区域；
在设计截骨导板的截骨槽时，截骨槽同时去除移动中发生干涉的颌骨区域。
优选地，在加工时，所述匹配式接骨板使用金属3D打印技术加工；所述截骨导板和定位导板使用树脂3D打印或金属3D打印技术加工。
本发明的有益效果是：
1、以患者头骨模型为设计基准及高精度的3D打印技术所设计和制造的患者匹配式正颌手术器械系统保证了各零件均能与实际头骨的精确匹配；
2、截骨导板能切除移动后会发生干涉的颌骨区域，节省了手术中打磨修正颌骨的时间；
3、匹配式接骨板不需要反复弯曲和试戴，节省了很多费事费力的操作且保证了接骨板的完好性；
4、定位导板能预先将匹配式接骨板和植入螺钉同时放入凹槽和螺钉防滑导环内，并能准确的对齐接骨板及颌骨的位置，保证矫正位置与术前规划精准匹配，非常的方便快捷；
5、手术过程不需要昂贵的导航辅助系统，大大节省手术费用。
附图说明
图1是匹配式接骨板的正面示意图；
图2是匹配式接骨板的背面示意图；
图3是定位导板的正面示意图；
图4是定位导板的背面示意图；
图5是截骨导板的正面示意图；
图6是截骨导板的背面示意图；
图7是植入螺钉的示意图；
图8是定位接骨组件的正面示意图；
图9是定位接骨组件的背面示意图；
图10是定位接骨组件的侧方示意图。
附图标记：匹配式接骨板1，第二螺钉孔11，定位导板2，第一定位贴合面21，第一定位区域211，第二定位区域212，第一外侧面22，防滑挡环23，第一螺钉孔24，接骨板安装槽25，截骨导板3，第二定位贴合面31，第二外侧面32，钻孔导向环33，连接桥34，截骨槽35，第三螺钉孔36，植入螺钉4。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明。
如图3和4所示，本发明公开的用于正颌手术的定位导板2包括有与颌骨面贴合定位的第一定位贴合面21以及与第一定位贴合面21相对的第一外侧面22，所述第一定位贴合面21设置有适配固定颌骨面的第一定位区域211以及用于适配分离的颌骨的第二定位区域212，所述第一定位贴合面21设置有用于定位匹配式接骨板1的接骨板定位结构，所述定位导板2还具有贯穿的第一螺钉孔24。
定位导板2的第一个主要功能是用于分离的颌骨的重新定位，其第一定位贴合面21的第一定位区域211与固定颌骨面相适配，第二定位区域212与分离的颌骨相适配，通过将第一定位贴合面21与第二定位区域212分别与固定颌骨面以及分离的颌骨对准贴合，即可将分离的颌骨重新定位至规划的位置。定位导板2的第二个主要功能是对接骨板匹配式进行定位，因此，如图8-10所示，该定位导板2与匹配式接骨板1配套成定位接骨组件使用，该定位接骨组件包括匹配式接骨板1、植入螺钉4以及所述的用于正颌手术的定位导板2，所述匹配式接骨板1上设置有对应第一螺钉孔24的第二螺钉孔11，所述匹配式接骨板1设置于定位导板2的第一定位贴合面21并对应接骨板定位结构安装，所述植入螺钉4通过第一螺钉孔24安装于匹配式接骨板1的第二螺钉孔11内。一般在使用定位导板2定位分离的颌骨前，先将定位导板2与匹配式接骨板1按照前述内容进行组装，在完成分离的颌骨后，同时匹配式接骨板1相对于颌骨的位置也实现了定位，然后利用植入螺钉4将匹配式接骨板1固定早颌骨上，再取下定位导板2即可。
正颌手术主要分为截骨和接骨两个步骤，上述截骨导板3和定位导板2主要用于接骨步骤，而截骨则需要利用截骨导板3，因此，整套患者匹配式正颌手术器械系统还包括截骨导板3，截骨导板3可以采用现有的截骨导板3，在本申请的一个实施例中，如图5-6所示，所述截骨导板3设置有用于导向截骨的截骨槽35以及将截骨导板3固定于颌骨上的第三螺钉孔36，所述截骨导板3的截骨槽35两侧通过连接桥34相连接，所述截骨导板3具有与颌骨面贴合定位的第二定位贴合面31以及与第二定位贴合面31相对的第二外侧面32。截骨导板3在截骨步骤中使用，将截骨导板3通过第三螺钉孔36和对应的螺钉贴合固定在颌骨面上后，利用截骨工具沿截骨槽35切割颌骨，将颌骨进行分离，之后利用前文所述的定位导板2重新调整位置定位后，利用接骨板固定起来。
如背景技术中所述，现有技术中，手术时在骨面上钻螺钉孔完全靠医生的临床手术经验和高昂的导航辅助系统来确定孔的位置和方向，为克服这一问题，在本申请的优选实施例中，所述截骨导板3的第二外侧面32对应第三螺钉孔36设置有钻孔导向环33。钻孔导向环33可以为钻孔提供导向作用，从而保证颌骨上螺钉孔的位置和方向的准确性。
在将匹配式接骨板1、植入螺钉4以及定位导板2组合使用时，植入螺钉4容易从螺钉孔滑出，为此，在本申请的优选实施例中，所述定位导板2的第一外侧面22对应第一螺钉孔24的位置设置有防滑挡环23，所述防滑挡环23内侧具有纹理结构，所述植入螺钉4的头部位于防滑挡环23内并与防滑挡环23内侧的纹理结构相接触，从而防止植入螺钉4滑出。
接骨板定位结构的作用是用于定位匹配式接骨板1，其具体结构可以采用形态适配的孔、槽或者卡接结构等，在本申请的优选实施例中，所述接骨板定位结构为与匹配式接骨板1外周轮廓相适配的接骨板安装槽25，所述匹配式接骨板1安装于接骨板安装槽25内。因为匹配式接骨板1位于定位导板2的第一定位贴合面21一侧，而第一定位贴合面21需要贴合定位颌骨面，因此，采用接骨板安装槽25可以在实现稳定定位匹配式接骨板1的同时，最大限度地降低对于第一定位贴合面21定位颌骨面的影响。
本申请还公开了上述患者匹配式正颌手术器械系统的制作方法，包括如下步骤：
构建出患者头骨模型；
在头骨模型上根据患者矫治情况设计合适的颌面截骨线，通过截骨线分离颌骨；
在术前规划软件中移动分离的颌骨至理想的矫正位置，
在矫正后的理想位置上设计匹配式接骨板1，并根据匹配式接骨板1和颌骨面设计定位导板2；
在未截骨的患者头骨模型上根据截骨线的位置，设计截骨导板3；
将设计的匹配式接骨板1、定位导板2以及截骨导板3加工出产品。
头骨模型的构建通常是在医用计算机软件中导入患者的头部CT数据，设置“阀值划分”值为220-230，即可重建出患者的头骨模型，头骨模型构建后可以根据患者矫治情况设计合适的颌面截骨线，截骨线具有0.5mm-0.6mm的间隙并能分离骨面；
在术前规划软件中移动分离的颌骨至理想的矫正位置后，可以匹配式接骨板1和定位导板2，匹配式接骨板1可以按照现有的设计方法设计，如图1-2所示，匹配式接骨板1能精准贴合调整后的骨面，板面上有若干个能匹配所需自攻螺钉规格的钉孔，接骨板厚度为0.4mm-2.0mm，根据需求接骨板孔数有4-10个，孔间距为4.0mm-5.0mm，孔径为1.6mm-2.7mm，倒角为45°-50°，0.3mm-0.5mm；定位导板2设计时需要保证其第一螺钉孔24和匹配式接骨板1的第二螺钉孔11相对应，并可以贴合固定的颌骨以及分离的颌骨。
如图3-4所示，所述定位导板2能精确定位颌骨调整后的位置，并带有安放匹配式接骨板1的凹槽，能准确的将匹配式接骨板1和术前的设计位置对齐，同时还将匹配式接骨板1上的第二螺钉孔11和使用截骨导板3钻取的底孔对齐，匹配式接骨板1与接骨板安装槽25之间有0.1mm-0.2mm间隙并且保留倒凹小于0.2mm，保证匹配式接骨板1能顺畅安放在定位导板2上的同时还不会脱落，定位导板2还可具有放置螺钉的螺钉防滑挡环23，能在手术过程中将所需的植入螺钉4一次性放入且不会掉落，减少了手术中的繁琐操作。
如图5-6所示，在匹配式接骨板1设计完成后，即可进行截骨导板3的设计，主要保证截骨导板3能精确贴合截骨前的骨面，同时截骨槽35与截骨线对齐，并利用连接桥34连接为整体。
在本申请的优选实施例中，在设计截骨导板3时，设计匹配式接骨板1时需确认好接骨板的安放位置，在保证第二螺钉孔11的孔尺寸、孔中心距，尽可能将接骨板设计得小巧，第二螺钉孔11的轴线方向需尽可能垂直于骨面，保证螺钉植入后的可靠性。第二螺钉孔11的孔中心离骨截面2.5-3.5mm的距离。
为了保证定位导板2能与骨面精确的贴合，具有准确指导接骨板的安装及自动对齐颌骨的功能，在设计定位导板2时，尽量选择具有明显凹凸结构的颌骨面为基准设计定位导板2，若没有合适的凹凸结构则可适当增加导板贴合面的面积，这样能保证在术中快速精准的进行定位，另外定位导板2上具有螺钉防滑挡环23，内侧有纹理结构，能防止放入的螺钉滑出，防滑挡环23壁厚为0.5mm-1mm，高度为4mm-5mm，定位导板2厚度为2mm-2.5mm。
为了减少在颌骨上的钻孔，同时保证手术器械系统整体的匹配，在本申请的优选实施例中，在设计截骨导板3前，在未截骨的患者头骨模型上确定出匹配式接骨板1的第二螺钉孔11的位置和方向，并根据第二螺钉孔11在未截骨的患者头骨模型的位置和方向设计截骨导板3的第三螺钉孔36。第二螺钉孔11的位置和方向可以利用虚拟的螺钉或者直接采用中心轴数据确定，例如，将未截骨的患者头骨模型上附带第二螺钉孔11的中心轴，在此位置上以螺钉孔中心轴数据和步骤3处理后的颌骨截面为基准，钻孔导向环33的截骨导板3，钻孔导向环33的中心轴与接骨板螺孔的中心轴重合，确保了螺钉实际植入方向与术前设计的一致性；与定位导板2同理，截骨导板3也需包含能与颌骨面贴合的明显凹凸的结构或适当增加导板面，以此提高截骨导板3与颌骨的匹配精度，保证截骨及钻孔的准确性，所述钻孔导向环33高度为3-4mm，壁厚为0.8-1.5mm，截骨导板3厚度为1.5mm-2.5mm。
如背景技术中所述，现有技术的截骨板只具有切断颌骨的功能，并没有切除移干涉骨的功能，骨面移动后发生干涉的位置需要医生术中进行打磨修整，为此，在本申请的优选实施例中，移动分离的颌骨至理想的矫正位置时，标记出移动中发生干涉的颌骨区域；在设计截骨导板3的截骨槽35时，截骨槽35同时去除移动中发生干涉的颌骨区域。截骨槽35为同时去除干涉的颌骨区域，设计为异型截骨槽35，即异型截骨槽35由规划的截骨线及去除干涉后的骨截面决定。
匹配式接骨板1、截骨导板3和定位导板2在设计完成后可以采用现有的机加方式，考虑到个性化需求，优选采用3D打印加工，所述匹配式接骨板1优选为金属材质，所述定位导板2优选为金属材质或者树脂材质。即匹配式接骨板1使用金属3D打印技术加工；截骨导板3和定位导板2使用树脂3D打印或金属3D打印技术加工。金属材质通常可以采用钛或者钛合金，树脂材质则是采用光敏树脂。本发明采用3D打印技术进行制造，是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。相比传统制造技术，增材制造具有能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料等优点。增材制造由于能够直接制造结构致密、高精度零件，成为了目前最热门的制造技术，非常适合本发明中的匹配式手术器械系统的制造。
下面再对患者匹配式正颌手术器械系统的使用方式进行整体化说明，在准备好匹配式接骨板1、截骨导板3、定位导板2后，进行如下操作：
步骤1：将上述TC4材料的匹配式接骨板1、树脂截骨导板3、树脂定位导板2、螺钉进行消毒和灭菌处理后备用；
步骤2：将患者需矫治的颌骨面术区充分暴露后，使截骨板导板贴合面与暴露的颌骨面对齐，因为截骨导板3贴合面的大小足够且有明显的凹凸结构与颌骨面对应，所以能轻易的对齐且不松动，按住截骨导板3使用钻孔工具，钻头直径为1.4mm，沿钻孔导向环33对颌骨面钻孔，钻孔深度为5mm，再用直径为1.5mm的截骨导板3自攻螺钉将截骨导板3固定在颌骨上，接着使用截骨工具沿异形截骨槽35的两侧壁进行截骨，截骨时可将连接桥34一同截断，完成后松开自攻螺钉取下截骨导板3进行下一步；
步骤3：将匹配式接骨板1和植入螺钉4安装在定位导板2上的匹配式式接骨板安装槽2533和螺钉防滑挡环23中，再通过定位导板2贴合面将定位导板2先贴合到固定的颌骨面上，再移动分离的颌骨并对齐到定位导板2贴合面，此时的颌骨位置即是术前规划的理想矫治位置，接骨板贴合面与颌骨面正确贴合，且接骨板上的螺钉孔与颌骨面的孔也已对齐，接着使用工具将植入螺钉4逐个旋入颌骨，此时螺钉头部与螺钉孔倒角面贴合，螺钉头微凸于匹配式接骨板1，避免了大量的螺钉凸出，最后取下定位导板2即可完成手术。利用此设计直接加工出的匹配式接骨板1，无需进行弯制，可以避免弯制接骨板产生的一系列问题。

Claims (10)

1.患者匹配式正颌手术器械系统，其特征在于，包括截骨导板(3)、匹配式接骨板(1)和定位导板(2)；
所述截骨导板(3)设置有用于导向截骨的截骨槽(35)以及将截骨导板(3)固定于颌骨上的第三螺钉孔(36)，所述截骨导板(3)的截骨槽(35)两侧通过连接桥(34)相连接，所述截骨导板(3)具有与颌骨面贴合定位的第二定位贴合面(31)以及与第二定位贴合面(31)相对的第二外侧面(32)；
所述定位导板(2)包括有与颌骨面贴合定位的第一定位贴合面(21)以及与第一定位贴合面(21)相对的第一外侧面(22)，所述第一定位贴合面(21)设置有适配固定颌骨面的第一定位区域(211)以及用于适配分离的颌骨的第二定位区域(212)；
所述第一定位贴合面(21)设置有用于定位匹配式接骨板(1)的接骨板定位结构，所述定位导板(2)还具有贯穿的第一螺钉孔(24)，所述匹配式接骨板(1)上设置有对应第一螺钉孔(24)的第二螺钉孔(11)，所述匹配式接骨板(1)设置于定位导板(2)的第一定位贴合面(21)并对应接骨板定位结构安装。
2.如权利要求1所述的患者匹配式正颌手术器械系统，其特征在于：所述截骨导板(3)的第二外侧面(32)对应第三螺钉孔(36)设置有钻孔导向环(33)。
3.如权利要求1所述的患者匹配式正颌手术器械系统，其特征在于：所述定位导板(2)的第一外侧面(22)对应第一螺钉孔(24)的位置设置有防滑挡环(23)，所述防滑挡环(23)内侧具有纹理结构。
4.如权利要求1所述的患者匹配式正颌手术器械系统，其特征在于：所述接骨板定位结构为与匹配式接骨板(1)外周轮廓相适配的接骨板安装槽(25)，所述匹配式接骨板(1)安装于接骨板安装槽(25)内。
5.如权利要求1-4任一项所述的患者匹配式正颌手术器械系统的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
构建出患者头骨模型；
在头骨模型上根据患者矫治情况设计合适的颌面截骨线，通过截骨线分离颌骨；
在术前规划软件中移动分离的颌骨至理想的矫正位置；
在矫正后的理想位置上设计匹配式接骨板(1)，并根据匹配式接骨板(1)和颌骨面设计定位导板(2)；
在未截骨的患者头骨模型上根据截骨线的位置，设计截骨导板(3)；
根据设计的匹配式接骨板(1)、定位导板(2)以及截骨导板(3)加工出产品。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在设计截骨导板(3)时，设计匹配式接骨板(1)时需确认好接骨板的安放位置，第二螺钉孔(11)的轴线方向需尽可能垂直于骨面。
7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在设计定位导板(2)时，尽量选择具有明显凹凸结构的颌骨面为基准设计定位导板(2)，若没有合适的凹凸结构则可增加第一定位贴合面(21)的面积。
8.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在设计截骨导板(3)前，在未截骨的患者头骨模型上确定出匹配式接骨板(1)的第二螺钉孔(11)的位置和方向，并根据第二螺钉孔(11)在未截骨的患者头骨模型的位置和方向设计截骨导板(3)的第三螺钉孔(36)。
9.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，移动分离的颌骨至理想的矫正位置时，标记出移动中发生干涉的颌骨区域；
在设计截骨导板(3)的截骨槽(35)时，截骨槽(35)同时去除移动中发生干涉的颌骨区域。
10.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，在加工时，所述匹配式接骨板(1)使用金属3D打印技术加工；所述截骨导板(3)和定位导板(2)使用树脂3D打印或金属3D打印技术加工。
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