CN116269616A - 一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法，包括个性化定制的胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板，所述胫骨截骨导向板包括与胫骨外形相匹配的弧形骨贴面、导向槽和胫骨固定孔，所述导向槽包括纵向刀路槽和横向刀路槽，所述纵向刀路槽和横向刀路槽相互连通设置，所述股骨钉骨导向板包括与股骨外形相匹配的弧形骨贴面、钉道孔和股骨固定孔。本发明通过个性化定制单髁置换导向板，使其弧形骨贴面与目标骨完全吻合，且结构经过个性化设计，保证后续假体安装后能良好的达成膝关节的力线同轴，从而大大提高了其配合精度高，为截骨和钉骨操作提供精准导向，实现了个性化、精准治疗，大大降低了手术翻修率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体为一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法。
背景技术
内侧间室膝骨关节炎是关节炎中常见的一种类型，我们的膝关节通过不同骨之间的间隙分为三个间室：内侧间室，外侧间室和髌股间室。内侧间室为靠近大腿内侧的膝关节间隙，而发生在内侧间室中的软骨发生的退行性变(老化)和继发性的骨质增生(骨刺)等病变，即为内侧间室膝骨关节炎，该病会导致关节的红、肿、热、痛、功能障碍及关节畸形，严重者导致关节残疾、影响患者生活质量，故应该尽早治疗。目前对于内侧间室膝骨关节炎的常用手术治疗方法为膝关节单髁置换术(UKA)。
膝关节单髁置换手术中最关键的步骤是，关于待截骨处的精准定位和对待截骨处的精准切割，具体操作为通过基础检查后对病变处做出判断，然后根据判断划定待截骨处，再使用刀具对待截骨处进行切除，最后进行假体的安装和固定。
目前该手术的截骨角度，截骨量以及假体大小的选择，则完全取决于术者的主观感觉和经验，因此术者的手术水平、对手术器械应用的熟练度、经验的多少及主观感觉的不同，都会对术后的临床效果产生影响，无法达到个性化、精准治疗，由于无法达到精准治疗甚至导致股骨和胫骨的力线不同轴，从而造成后续膝盖运动时受力不平衡对膝关节产生极大伤害，从而导致该手术翻修。
因此，很有必要探究一种可解决上述问题的方案，从而使该手术贴合每个不同的患者具体情况，操作简单便捷，且具备准确性及可重复性，从而达到个性化、精准治疗，从源头避免翻修，最终提高手术疗效。
发明内容
本发明提出了一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法，为对膝关节内侧间室病变处截骨提供精准、高效的导向，以解决现有技术凭经验截骨存在的无法达到个性化、精准治疗，手术翻修率高的问题。
为解决上述技术问题，本发明之一提供如下技术方案：
一种膝关节单髁置换导向板，包括个性化定制的胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板，所述胫骨截骨导向板包括与胫骨外形相匹配的弧形骨贴面、导向槽和胫骨固定孔，所述导向槽包括纵向刀路槽和横向刀路槽，所述纵向刀路槽和横向刀路槽相互连通设置，所述股骨钉骨导向板包括与股骨外形相匹配的弧形骨贴面、钉道孔和股骨固定孔，
个性化定制过程包括：行患肢全长CT扫描，数据以DICOM格式保存，导入mimics软件进行三维建模，建立包括胫骨和股骨在内的膝关节模型，根据膝关节模型确定获取患者下肢力线，股骨解剖轴、股骨机械轴、胫骨解剖轴、胫骨机械轴及髋膝踝角，根据股骨和胫骨之间的力线同轴原则，设计出胫骨假体和股骨假体，根据所述胫骨假体和胫骨模型设计出所述导向槽，根据股骨和胫骨的模型表面特征以及术中定位需要，通过E－3D拟合设计出相对应的所述弧形骨贴面，并设计出所述钉道孔、胫骨固定孔和股骨固定孔的位置，最终根据以上个性化设计制作3D打印导向板。
进一步，所述纵向刀路槽顶部位于胫骨内侧髁最高点再向内移动1－2mm距离处，所述纵向刀路槽长度为6－8mm，所述纵向刀路槽和胫骨平台平面于竖直方向形成竖直夹角，所述竖直夹角的大小与所选假体相配合。
进一步，所述纵向刀路槽和横向刀路槽呈夹角90°设置。
进一步，所述纵向刀路槽和横向刀路槽的槽口处均设置为圆角。
进一步，所述胫骨固定孔和股骨固定孔数量均为3，所述胫骨固定孔固定开设于所述横向刀路槽下方，所述股骨固定孔围绕所述钉道孔设置。
进一步，所述钉道孔尺寸与所述股骨假体相配合，所述钉道孔的长度为38－42mm。
进一步，所述胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板均为一体打印制成。
为解决上述技术问题，本发明之二提供如下技术方案：
采用如上所述的一种膝关节单髁置换导向板进行导向的方法：用所述胫骨截骨导向板的弧形骨贴面与胫骨骨面贴合限位，用克氏针将胫骨截骨导向板与胫骨固定，沿所述纵向刀路槽和横向刀路槽截取胫骨，截取胫骨后放置所述胫骨假体，画出胫骨假体的中心线，以所述中心线当做位置参考模拟摆放所述股骨假体，根据所述股骨假体模拟摆放的位置确定钉道孔的引导线，再根据钉道孔的引导线放置所述股骨钉骨导向板，用克氏针将股骨钉骨导向板与股骨固定，沿着所述钉道孔导向钉入股骨，打出钉道，然后通过钉道将股骨假体装配于股骨上。
本发明的有益效果在于：
本发明通过个性化定制单髁置换导向板，由于其弧形骨贴面与实际人体骨完全吻合，并且导向板的个性化设计，也促进了后续假体安装后能良好的达成力线同轴，从而大大提高了其配合精度高，为截骨和钉骨操作提供精准导向，提高了手术精度和效率，实现了个性化、精准治疗，大大降低了手术翻修率。
附图说明：
图1为导向板装配整体示意图；
图2为胫骨截骨导向板整体图；
图3为股骨钉骨导向板整体图；
图4为胫骨截骨后装配图；
图5为胫骨截骨后正视图；
图6为胫骨假体放置图；
图7为胫骨假体中心线显示图；
图8为胫骨结构图；
图9为胫骨截骨夹角图；
图10为股骨结构图；
图11为股骨钉骨导向板装配图；
图12为股骨钉骨导向板装配状态正视图；
图13为股骨假体装配模拟图。
图中：1－胫骨截骨导向板；2－胫骨固定孔；3－横向刀路槽；4－纵向刀路槽；5－钉道孔；6－股骨固定孔；7－股骨钉骨导向板；8－切割区；9－胫骨内侧髁最高点；10－胫骨假体；11－胫骨；12－中心线；13－胫骨解剖轴；14－股骨；15－股骨解剖轴；16－股骨机械轴；17－股骨假体；18－钉道孔引导线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
如图1－13所示，本发明提出一种膝关节单髁置换导向板，包括个性化定制的胫骨截骨导向板1和股骨钉骨导向板7，胫骨截骨导向板由与胫骨外形相匹配的弧形骨贴面、导向槽和胫骨固定孔2组成，其中导向槽是由相互间夹角呈90°的纵向刀路槽4和横向刀路槽3连通组成，通过与胫骨11外形相匹配的弧形骨贴面的设置，可以实现与胫骨11相贴合，通过纵向刀路槽4和横向刀路槽3的设置，有利于精准定位，高效截骨。另外，股骨钉骨导向板7是由与股骨14外形相匹配的弧形骨贴面、钉道孔5和股骨14固定孔6组成，可以通过与股骨14外形相匹配的弧形骨贴面保证股骨钉骨导向板7与股骨14相贴合，保证后续的稳定操作，提高手术精准度。
个性化定制过程：
1、通过CT扫描将数据以DICOM格式保存，导入mimics软件进行三维建模，建立包括胫骨11和股骨14在内的膝关节模型，如图8、10所示，根据膝关节模型确定患者下肢力线，股骨解剖轴、股骨机械轴、胫骨解剖轴、胫骨机械轴及髋膝踝角，如图1、图8和图10所示，根据力线同轴的原则，在尽量保证股骨机械轴和胫骨机械轴能处于同一轴线的基础上对胫骨假体和股骨假体进行结构设计选取，因为只有当安装假体后股骨机械轴和胫骨机械轴能处于同一轴线才能够使得关节功能处于健康受力位置，减少术后生活中对膝盖的损伤，以此来保证手术的成功率，同时来降低后续手术的翻修率。
2、确定胫骨截骨导向板模型
根据设计挑选出的胫骨假体的尺寸数据进行切割区域的估算，在满足胫骨假体与切割后的胫骨平面面积相近的基础上进行设计，首先通过E－3D拟合根据胫骨待截骨表面特征建立与胫骨待截骨表面外形相匹配的弧形骨贴面作为胫骨截骨导向板的支撑面，再根据待截骨区域的长度关系设计出纵向刀路槽和横向刀路槽，其中为了保证截骨后胫骨和股骨连接关系不会受到破坏，因此要保留胫骨内侧髁最高点，所以在设计纵向刀路槽和横向刀路槽时，需要保证纵向刀路槽顶部位于胫骨内侧髁最高点再向内移动1－2mm距离处，为了适应假体的特性，将纵向刀路槽和胫骨平台平面于竖直方向形成竖直夹角，夹角值的确定也需要根据具体的假体型号进行选择。
通过发明人实际验算和多次实验，纵向刀路槽长度取值范围为6－8mm可以达到更佳的截骨适应效果。
在本实施例中，对纵向刀路槽和横向刀路槽的槽口处均做了导圆角处理，是为了在截骨过程中对周围组织的保护。
3、确定股骨钉骨导向板模型
根据胫骨截骨后装配的假体进行位置设计，由于膝关节运动时股骨与胫骨有相对运动的关系，因此，为了保证假体装配后仍能实现运动时保持原本的相对位置关系，即当胫骨绕膝关节摆动时，术后装配的假体之间不能发生相互碰撞，因此股骨假体装配的位置要保证其转动的最高点不能接触到胫骨假体的中间线位置，所以需要先做出胫骨假体中心线，并以中心线为基准对股骨假体位置进行设计，确定好股骨假体之后，通过mimics软件模拟出股骨假体已经装配于股骨上时候的模型，该模型中需要保证假体钉道平行于股骨解剖轴，以此保证实际装配的稳固性。
通过模拟假体装配确定好钉道线后，就开始由钉道线为基准设计钉道孔，然而通过发明人实际操作，当钉道孔与钉道线呈10°夹角时实际钉入的位置更为接近于股骨解剖轴，因此实际的钉道孔和模拟假体提供的钉道线设计为夹角呈10°，再以钉道孔为基准，通过E－3D拟合根据股骨待装配假体处外表面特征建立与股骨待装配假体处表面外形相匹配的弧形骨贴面作为股骨钉骨导向板的支撑面，为了保证装配导板时的稳定性，在钉道孔周围开设有股骨固定孔用于将导板牢牢固定在股骨表面。
4、打印胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板，完成制作。
本实施例中，在胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板上加工固定孔的数量为3，通过固定孔穿过克氏针将导板与胫骨固定，使固定可靠，便于切割操作。
使用时，用胫骨截骨导向板的弧形骨贴面与胫骨骨面贴合限位，用克氏针将胫骨截骨导向板与胫骨固定，沿所述纵向刀路槽和横向刀路槽截取胫骨，截取胫骨后装配好胫骨假体，画出胫骨假体的中心线，以中心线当做位置参考，在软件中模拟装配股骨假体，根据股骨假体模拟摆放的位置确定钉道孔的引导线，再根据钉道孔的引导线放置所述股骨钉骨导向板，用克氏针将股骨钉骨导向板与股骨固定，沿着所述钉道孔导向钉入股骨，打出钉道，然后通过钉道将股骨假体装配于股骨上，完成操作。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：包括个性化定制的胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板，所述胫骨截骨导向板包括与胫骨外形相匹配的弧形骨贴面、导向槽和胫骨固定孔，所述导向槽包括纵向刀路槽和横向刀路槽，所述纵向刀路槽和横向刀路槽相互连通设置，所述股骨钉骨导向板包括与股骨外形相匹配的弧形骨贴面、钉道孔和股骨固定孔，
个性化定制过程包括：行患肢全长CT扫描，数据以DICOM格式保存，导入mimics软件进行三维建模，建立包括胫骨和股骨在内的膝关节模型，根据膝关节模型确定获取患者下肢力线，股骨解剖轴、股骨机械轴、胫骨解剖轴、胫骨机械轴及髋膝踝角，根据股骨和胫骨之间的力线同轴原则，设计出胫骨假体和股骨假体，根据所述胫骨假体和胫骨模型设计出所述导向槽，根据股骨和胫骨的模型表面特征以及术中定位需要，通过E－3D拟合，设计出相对应的所述弧形骨贴面，并设计出所述钉道孔、胫骨固定孔和股骨固定孔的位置，最终根据以上个性化设计制作3D打印导向板。
2.根据权利要求1所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述纵向刀路槽顶部位于胫骨内侧髁最高点再向内移动1－2mm距离处，所述纵向刀路槽长度为6－8mm，所述纵向刀路槽和胫骨平台平面于竖直方向形成竖直夹角，所述竖直夹角的大小与所选假体相配合。
3.根据权利要求1所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述纵向刀路槽和横向刀路槽呈夹角90°设置。
4.根据权利要求1所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述纵向刀路槽和横向刀路槽的槽口处均设置为圆角。
5.根据权利要求1所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述胫骨固定孔和股骨固定孔数量均为3，所述胫骨固定孔固定开设于所述横向刀路槽下方，所述股骨固定孔围绕所述钉道孔设置。
6.根据权利要求1所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述钉道孔尺寸与所述股骨假体相配合，所述钉道孔的长度为38－42mm。
7.根据权利要求1－6任一所述的一种膝关节单髁置换导向板，其特征在于：所述胫骨截骨导向板和股骨钉骨导向板均为一体打印制成。
8.采用如权利要求1－7任一所述的一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法，其特征在于：用所述胫骨截骨导向板的弧形骨贴面与胫骨骨面贴合限位，用克氏针将胫骨截骨导向板与胫骨固定，沿所述纵向刀路槽和横向刀路槽截取胫骨，截取胫骨后放置所述胫骨假体，画出胫骨假体的中心线，以所述中心线当做位置参考模拟摆放所述股骨假体，根据所述股骨假体模拟摆放的位置确定钉道孔的引导线，再根据钉道孔的引导线放置所述股骨钉骨导向板，用克氏针将股骨钉骨导向板与股骨固定，沿着所述钉道孔导向钉入股骨，打出钉道，然后通过钉道将股骨假体装配于股骨上。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310137909.0A Pending CN116269616A (zh) | 2023-02-20 | 2023-02-20 | 一种膝关节单髁置换导向板及其导向方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116269616A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117017415A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-11-10 | 杭州键嘉医疗科技股份有限公司 | 一种用于单髁置换手术导航中的胫骨截骨器及其使用方法 |
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2023
- 2023-02-20 CN CN202310137909.0A patent/CN116269616A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117017415A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-11-10 | 杭州键嘉医疗科技股份有限公司 | 一种用于单髁置换手术导航中的胫骨截骨器及其使用方法 |
| CN117017415B (zh) * | 2023-10-07 | 2024-01-09 | 杭州键嘉医疗科技股份有限公司 | 一种用于单髁置换手术导航中的胫骨截骨器及其使用方法 |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |