CN115192167A - 一种基于3d打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其可辅助精准治疗下颌髁突囊内骨折，复位固定导板设有可嵌入及拆取的引导柱装置及固定孔；引导柱具有特定角度和高度，用于术中控制钻孔的角度和深度，使其与固定螺钉的就位道相符，该引导柱通过引导柱固定卡槽与导板主体相接，可嵌入及拆取，方便暴露骨面钻孔以安装固定螺钉，复位固定导板内表面形态与下颌骨外表面完全贴合；固定孔位于导板内，用于术中安装钛钉固定导板于下颌骨表面。本发明中复位固定导板结构简单，设计精巧，3D打印成本低，操作简便，有利于颌面外科医生在术中复位并固定下颌骨髁突囊内骨折，从而达到手术精确化目标，并有效降低手术难度及缩短手术时间。

Description

一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板

技术领域

本发明涉及颌面外科医疗器械领域，尤其是一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其可辅助精准治疗下颌髁突囊内骨折。

背景技术

下颌骨是颌面部体积最大、位置最突出的颌骨，发生外伤时极易受到波及进而导致骨折。下颌骨骨折中髁突骨折占比约1/3，其中囊内骨折外科手术较为棘手，治疗不当可导致患者出现颞下颌关节疾病甚至颌面部的畸形及口颌系统功能的丧失。下颌髁突囊内骨折患者的治疗要点最重要的是要精确地恢复其正常的解剖形态，从而确保髁突良好的形态解剖重建及正常口颌系统生理功能的恢复。然而，由于下颌骨颞下颌关节区结构复杂，且毗邻诸多重要解剖结构，术区暴露范围有限，术中缺乏明确的骨折复位参考标志，其外科临床治疗相当困难。如何精准的对移位的关节囊内骨块进行解剖复位并准确的植入内固定装置，重建髁突外形及正确咬合关系，尽可能减小对颞下颌关节区其他结构的影响，是此类骨折手术中的重点及难点。

目前，数字外科技术迅速发展并广泛应用于颌骨骨折的手术治疗，精准修复与功能重建是该类手术治疗的目标，其中应用最多的数字医学手段包括外科导航、钛板预成形及3D导板技术。导航技术易出现一定的系统误差，存在配准注册失败的可能，操作相对较复杂，在下颌骨骨折治疗的应用较少。钛板预成形技术是在术前3D打印模型上进行钛板的预成形，术中将预成形的钛板放置在术前模拟摆放的位置，可精准的辅助骨折的复位及固定，近年来在下颌骨骨折中已有广泛的应用。然而，目前不同规格的钛板相对颞下颌关节区囊内骨折的固定形态并不匹配，临床中通常采用两枚拉力螺钉固定复位髁突囊内的矢状骨折块。但下颌骨髁突囊内骨折复位时缺乏直接明确的复位参考标志，且术野有限，术中需要反复核对复位效果，骨折复位与固定螺钉就位的实际情况与术前在虚拟模型上的设计往往存在较大偏差，不能达到精准治疗的需求。此外，该手术治疗的关键点在于确定由髁突外侧向内侧骨块钻孔的位置，角度及深度，这决定了拉力螺钉的空间位置。基于3D打印的导板技术操作方便，误差较小，采用可精准定位钻孔位置及引导钻孔角度和深度的合理设计骨折复位导板可有助于辅助固位螺钉精准就位，提高手术的治疗效果。需要重视的是，下颌骨髁突周围组织构成复杂，且毗邻诸多重要解剖结构，术区暴露范围有限，如果导板体积较大可能会导致术中损伤颞下颌关节区其他解剖结构或需剥离大量的软组织附着才有可能成功放置，背离了现代医学“微创化”的观念且容易导致骨折块血供丧失。因此，合理的优化设计基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，可使其在易于放置的基础上保证精确复位髁突囊内骨折断端，有效引导术中钻孔及固位螺钉准确就位，减少与术前虚拟设计的误差，降低手术难度和缩短时间，从而达到对复杂下颌髁突囊内骨折的精确化、个性化和微创化治疗。

发明内容

本发明目的在于：针对上述问题，提供一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，解决了现有技术中对于复位髁突囊内骨折手术中无法高效精准对引导术中钻孔位置和深度进行确定，导致手术难度和时长增加的问题。

本发明是通过下述方案来实现的：

一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，包括复位固定导板、引导柱和固定孔；所述复位固定导板上设置有供引导柱放置的固定卡槽，所述引导柱与所述复位固定导板为可拆卸式设置，所述固定孔设置在复位固定导板上，所述引导柱中设置导引孔，所述复位固定导板贴合在待安装骨体上，所述引导柱与骨体贴合的接触面上与所述复位固定导板内表面的轮廓相适配，使复位固定导板内表面与待安装骨体的接触面整体为平滑面，所述引导柱远离骨体的端部突出于所述复位固定导板所在平面设置，根据需求通过3D打印技术对引导柱和复位固定导板进行打印，引导柱装配在复位固定导板上时，使得引导柱能够强制对拟钻钉道的深度和角度进行限制。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，对于通过3D打印技术打印所述引导柱和所述复位固定导板的过程为：首先根据病患复位后待连接的断骨端的形态和结构，预设出用于固定断骨的拉力螺钉的最佳固定位置、角度和深度；

根据预设的拉力螺钉最佳固定位置、角度和深度，对所述复位固定导板和所述引导柱进行设置，使所述复位固定导板贴合骨体，并在复位固定导板上设置用于放置引导柱的固定卡槽；在对引导柱的角度、高度进行设置，使引导柱装配在复位固定导板上后，所述引导柱中导引孔的深度与钉道长度相加之和为钻孔装置钻针标记进针深度。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述复位固定导板包括导板上方、导板下方、导板前外侧、导板后内侧、导板内表面和导板外表面；所述复位固定导板整体为与待贴合骨体相适配的U形结构，所述导板内表面和所述导板外表面为复位固定导板U形结构的骨组织侧和软组织侧，所述导板上方和所述导板下方分别为复位固定导板的上下端，所述导板前外侧和所述导板后内侧分别为复位固定导板软组织侧的左右两端。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述固定卡槽和固定孔分别贯穿导板内表面和导板外表面，所述固定卡槽和固定孔根据设计设置在导板外表面上。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述固定卡槽设置在导板前外侧上，固定孔设置在导板后内侧上。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，在装配时所述导板上方位于髁突头底部，所述导板后内侧包绕下颌髁突后内侧，所述导板内表面形态与下颌骨外表面完全贴合。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述引导柱至少包括2个导引孔以及形成导引孔的外部结构，所述导引孔相邻设置。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述导引孔的直径为2.5mm，所述外部结构为圆形结构，外部结构的直径为5.0mm。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，所述固定孔的直径为2.0mm，所述复位固定导板厚度为2.0mm。

基于上述一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，对于通过3D打印技术打印所述引导柱和所述复位固定导板的过程进一步的步骤；

获取患者颌骨螺旋CT数据：患者螺旋CT扫描层厚为1mm，扫描范围包括整个颅颌面部骨骼，数据存贮格式为DICOM格式；

虚拟手术设计：将获取的颌骨DICOM数据导入三维建模软件－MIMCS17.0(Materialise，比利时)重建颌骨三维模型；在CT断层上进行操作，分割出下颌骨髁突骨折区域；解剖复位下颌骨髁突骨折块；将各个下颌骨块三维模型保存为STL格式文件；

复位固定导板的设计：将STL格式文件导入3－Matic 9.0，选择靠近下颌骨髁突断端骨块区域为感兴趣区域，将该区域单独分割，利用Offset功能将面数据转化为周边2mm的体数据，保存为STL文件，再将该STL文件导入MIMICS17.0中。在MIMICS17.0软件中利用Medcad功能设计匹配动力系统中与钻针轴心相同的两种圆柱模型，直径分别为5.0mm、2.5mm，利用布朗运算功能，设计出圆柱孔内部通道；

3D打印复位固定导板：将导板数据导入3D打印设备，打印材料需为可进行冷光低温消毒的高分子无毒的材料，加工制作成复位固定导板实体。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明可在术前依据数字化虚拟手术设计固定拉力螺钉的固定位置和钻针的实际进针深度和角度，设计引导柱的高度和角度，节省术中钻孔定位的时间。在术前完成导板的3D打印，术中复位骨块后，将复位固定导板安放在下颌骨髁突上，利用导板的后内侧将骨折块初步固定，以小型钛钉通过固定孔将导板固定于下颌骨上。根据引导柱的方向在髁突外侧面钻孔，依据钻针标识到达预定深度后，钻针标识与引导柱最高处平齐，完成固定螺钉钉道制备，拆卸引导柱，暴露已制备钉道的钉孔，依据已完成的钉道植入适宜长度的2枚拉力螺钉完成固定，去除导板装置，即可完成手术并达到辅助髁突囊内骨折精准治疗的目的。

2、本发明中的导板设计合理精巧，3D打印成本低，对医工技术人员稍加训练即可自行设计；临床使用中简单可行，稍加指导即可熟练应用；临床实践证明在手术中定位精准，大大提高了手术的精准度，经引导柱辅助可轻松预备钉道，有效解决髁突囊内骨折固定螺钉钉道制备困难的技术瓶颈，大大缩短了手术时间，提高了手术精准度。

附图说明

图1～4是为本发明中复位固定导板结构示意图；

图5～6是本发明中复位固定导板的装配结构示意图；

图7是下颌髁突囊内骨折两枚拉力螺钉固定示意图；

附图说明：1、引导柱；2、导引孔；3、固定孔；4、固定卡槽；5、导板上方；6、导板下方；7、导板前外侧；8、导板后内侧；9、导板内表面；10、导板外表面；11、下颌骨外表面；12、复位固定导板；13、拉力螺钉。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1～图7所示，本发明提供一种技术方案：

一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其至少包括但不限于复位固定导板12、引导柱1和固定孔3，复位固定导板12上设置有供引导柱1放置的固定卡槽4，引导柱1与复位固定导板12为可拆卸式设置，固定孔3设置在复位固定导板12上，引导柱1中设置导引孔2，复位固定导板12贴合在待安装骨体上，引导柱1与骨体贴合的接触面上与复位固定导板12内表面的轮廓相适配，使复位固定导板12内表面与待安装骨体的接触面整体为平滑面，引导柱1远离骨体的端部突出于复位固定导板12所在平面设置，根据需求通过3D打印技术对引导柱1和复位固定导板12进行打印，引导柱1装配在复位固定导板12上时，强制使引导柱1对拟钻孔的深度和角度进行限制。

通过上述结构，将引导柱1中设置供外界钻孔装置钻孔的导引孔2，钻孔装置最终会在引导柱1的导向和限位下对骨体进行钻孔，贯穿断裂骨体，由于在手术前就可以对断裂的两个骨体所需要的拉力螺钉的最佳位置进行合理设置，基于此设置，对引导柱1和复位固定导板12进行打印，最终确定好复位固定导板12上固定卡槽4的位置、引导柱1的高度和角度，在手术中只需要将复位固定导板12与骨体通过固定孔3进行安装固定，即可以确定引导柱1的位置，在安装好引导柱1后，采用钻孔动力装置进行钻孔，可以极大的节省手术时间，提升手术效率，同时达到最佳的手术效果，使实际的手术效果与预设的手术效果最大程度上相匹配。

作为示例的，对于通过3D打印技术打印引导柱1和复位固定导板12的过程为：首先根据病患复位后待连接的断骨端的形态和结构，预设出用于固定断骨的拉力螺钉的最佳固定位置、角度和深度；

根据预设的拉力螺钉最佳固定位置、角度和深度，对复位固定导板12和引导柱1进行设置，使复位固定导板12贴合骨体，并在复位固定导板12上设置用于放置引导柱1的固定卡槽4；在对引导柱1的角度、高度进行设置，使引导柱1装配在复位固定导板12上后，引导柱1中导引孔2的深度与钉道长度相加之和为钻孔装置钻针标记进针深度，同时引导柱1对钻孔装置的角度和深度进行限位，降低了人工作业的难度，只需要在定位后直接进行钻孔，即可以获得固定拉力螺钉所需的最佳钉道，极大的提升了精准度。

作为示例的，复位固定导板12可以包括导板上方5、导板下方6、导板前外侧7、导板后内侧8、导板内表面9和导板外表面10；复位固定导板12整体为与待贴合骨体相适配的U形结构，导板内表面9和导板外表面10为复位固定导板12U形结构的骨组织侧和软组织侧，导板上方5、导板下方6分别为复位固定导板12的上下端，导板前外侧7、导板后内侧8分别为复位固定导板12软组织侧的左右两端。

固定卡槽4和固定孔3分别贯穿导板内表面9和导板外表面10，固定卡槽4和固定孔3根据设计设置在导板外表面10上，在本实施例中，固定卡槽4设置在导板前外侧7上，固定孔3设置在导板后内侧8上。

在装配时，导板上方5位于髁突头底部，导板后内侧8包绕下颌髁突后内侧，起到初步固定已复位的髁突骨块的作用，导板内表面9形态与下颌骨外表面11完全贴合。

作为示例的，引导柱1至少包括2个导引孔2以及形成导引孔2的外部结构，导引孔2相邻设置，在本实施例中，导引孔2的直径为2.5mm，外部结构为圆形结构，外部结构的直径为5.0mm。

基于上述结构，导引孔2的尺寸与钻孔装置的钻针头部相适配，使钻头能够精准稳固的进行作业，通过相邻外部圆形结构形成的“8”字形结构，在卡接后，钻孔时，“8”字形结构能够对钻针进行有效限位，防止引导柱1出现偏差，同时引导柱1的内外双圆形结构，可以使其形态更加平滑，在使用时更加便捷安全。

作为示例的，固定孔3的直径为2.0mm，复位固定导板12厚度为2.0mm。

本方案的使用方法：在术前根据固定拉力螺钉13的固定位置和钻孔的深度和角度，设计引导柱1的卡槽位置及高度和角度，节省术中钻孔定位的时间并提高手术精度，术中将复位固定导板12安放在下颌骨上后根据固定孔3在下颌骨上钻孔，再使用8mm长，直径1.5mm的钛钉将复位固定导板12固定在下颌骨上，从而使复位固定导板12和下颌骨形成一个整体，指导骨折断端的复位，并且辅助初步固定骨折块。引导柱1的高度与骨内钉道深度相加即为钻针标记进针深度，在钻针上完成深度标记，术中按照引导柱1的方向在下颌骨表面钻孔，到达指定深度后，引导柱1最高处平齐钻针标记即停止动力系统，完成固定螺钉通道制备。拆卸引导柱1，暴露已制备钉道的钉孔，依据已完成的钉道植入适宜长度的2枚拉力螺钉13完成固定，去除导板装置，即可完成作业。

实施例2

本实施例给出的实际病例中的效果：

患者男，45岁，患者面形不对称，左耳屏前肿胀，压痛(+)，扪诊关节窝内空虚，张口受限，张口度约两横指，咬合关系错乱，左侧后牙早接触，余牙开合，依据CT诊断为左侧髁突囊内骨折。术中将患者髁突骨折块解剖复位后，栓结咬合，将复位固定导板12固定于左侧下颌骨髁突部位，初步固定骨折块，根据引导柱1进行钻孔、钉道预备，拆取引导柱1，植入固位螺钉13，可见固位螺钉13就位良好，螺帽与髁突囊内骨面贴合可，去除导板，见患者咬合及张口恢复良好。术后1周患者面部肿胀基本消退，伤口愈合好，面部外形基本对称，咬合关系及张口度恢复良好，复查CT显示骨折块复位固定较好，术前后图像融合分析显示固定螺定的位置，角度及深度与术前设计基本一致，显示该导板的实际应用效果较好。

实施例3

本发明中复位固定导板12制作过程包括获取患者的颌骨螺旋CT数据、虚拟手术设计、设计复位固定导板12及3D打印复位固定导板12等的具体步骤。

1、获取患者颌骨螺旋CT数据：患者螺旋CT扫描层厚为1mm，扫描范围包括整个颅颌面部骨骼，数据存贮格式为DICOM格式。

2、虚拟手术设计：将获取的颌骨DICOM数据导入三维建模软件－MIMCS17.0(Materialise，比利时)重建颌骨三维模型；在CT断层上进行操作，分割出下颌骨髁突骨折区域；解剖复位下颌骨髁突骨折块；将各个下颌骨块三维模型保存为STL格式文件。

3、复位固定导板12的设计：将STL格式文件导入3－Matic 9.0，选择靠近下颌骨髁突断端骨块区域为感兴趣区域，将该区域单独分割，利用Offset功能将面数据转化为周边2mm的体数据，保存为STL文件，再将该STL文件导入MIMICS17.0中。在MIMICS17.0软件中利用Medcad功能设计匹配动力系统中与钻针轴心相同的两种圆柱模型，直径分别为5.0mm、2.5mm，利用布朗运算功能，设计出圆柱孔内部通道。

4、3D打印复位固定导板12：将导板数据导入3D打印设备，打印材料需为可进行冷光低温消毒的高分子无毒的材料，加工制作成复位固定导板12实体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：包括复位固定导板、引导柱和固定孔；所述复位固定导板上设置有供引导柱放置的固定卡槽，所述引导柱与所述复位固定导板为可拆卸式设置，所述固定孔设置在复位固定导板上，所述引导柱中设置导引孔，所述复位固定导板贴合在待安装骨体上，所述引导柱与骨体贴合的接触面上与所述复位固定导板内表面的轮廓相适配，使复位固定导板内表面与待安装骨体的接触面整体为平滑面，所述引导柱远离骨体的端部突出所述复位固定导板所在平面设置，根据需求通过3D打印技术对引导柱和复位固定导板进行打印，引导柱装配在复位固定导板上时，使得引导柱能够强制对拟钻钉道的深度和角度进行限制。

2.如权利要求1所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：对于通过3D打印技术打印所述引导柱和所述复位固定导板的过程为：首先根据病患复位后待连接的断骨端的形态和结构，预设出用于固定断骨的拉力螺钉的最佳固定位置、角度和深度；

根据预设的拉力螺钉最佳固定位置、角度和深度，对所述复位固定导板和所述引导柱进行设置，使所述复位固定导板贴合骨体，并在复位固定导板上设置用于放置引导柱的固定卡槽；再对引导柱的角度、高度进行设置，使引导柱装配在复位固定导板上后，所述引导柱中导引孔的深度与钉道长度相加之和为动力装置钻针标记进针深度。

3.如权利要求2所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述复位固定导板包括导板上方、导板下方、导板前外侧、导板后内侧、导板内表面和导板外表面；所述复位固定导板整体为与待贴合骨体相适配的U形结构，所述导板内表面和所述导板外表面为复位固定导板U形结构的骨组织侧和软组织侧，所述导板上方和所述导板下方分别为复位固定导板的上下端，所述导板前外侧和所述导板后内侧分别为复位固定导板软组织侧的左右两端。

4.如权利要求3所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述固定卡槽和固定孔分别贯穿导板内表面和导板外表面，所述固定卡槽和固定孔根据设计设置在导板外表面上。

5.如权利要求4所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述固定卡槽设置在导板前外侧上，固定孔设置在导板后内侧上。

6.如权利要求5所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：在装配时所述导板上方位于髁突头底部，所述导板后内侧包绕下颌髁突后内侧，所述导板内表面形态与下颌骨外表面完全贴合。

7.如权利要求6所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述引导柱至少包括2个导引孔以及形成导引孔的外部结构，所述导引孔相邻设置。

8.如权利要求7所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述导引孔的直径为2.5mm，所述外部结构为圆形结构，外部结构的直径为5.0mm。

9.如权利要求8所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：所述固定孔的直径为2.0mm，所述复位固定导板厚度为2.0mm。

10.如权利要求9所述的一种基于3D打印的下颌髁突囊内骨折复位固定导板，其特征在于：对于通过3D打印技术打印所述引导柱和所述复位固定导板的过程进一步的步骤；

获取患者颌骨螺旋CT数据：患者螺旋CT扫描层厚为1mm，扫描范围包括整个颅颌面部骨骼，数据存贮格式为DICOM格式；

虚拟手术设计：将获取的颌骨DICOM数据导入三维建模软件－MIMCS17.0(Materialise，比利时)重建颌骨三维模型；在CT断层上进行操作，分割出下颌骨髁突骨折区域；解剖复位下颌骨髁突骨折块；将各个下颌骨块三维模型保存为STL格式文件；

复位固定导板的设计：将STL格式文件导入3－Matic 9.0，选择靠近下颌骨髁突断端骨块区域为感兴趣区域，将该区域单独分割，利用Offset功能将面数据转化为周边2mm的体数据，保存为STL文件，再将该STL文件导入MIMICS17.0中。在MIMICS17.0软件中利用Medcad功能设计匹配动力系统中与钻针轴心相同的两种圆柱模型，直径分别为5.0mm、2.5mm，利用布朗运算功能，设计出圆柱孔内部通道；

3D打印复位固定导板：将导板数据导入3D打印设备，打印材料需为可进行冷光低温消毒的高分子无毒的材料，加工制作成复位固定导板实体。

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