CN204562290U - 一种全膝置换股骨远端切骨导板装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全膝置换股骨远端切骨导板装置，包括定位板和导向板；其中，定位板的内表面与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合；导向板位于定位板的前髁面且沿厚度方向与之相交，且导向板具有沿厚度方向贯通定位板的切骨槽，该切骨槽的长侧面法向平行于股骨的机械轴；且定位板或者导向板上还设有至少一个用于固定导板装置与股骨的固定钉通孔。本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置，由定位板与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合确定安装位置，通过固定钉通孔将导板装置固定在股骨上，再由导向板的切骨槽定位切骨面，实现了精确化、个性化股骨远端切骨。

Description

一种全膝置换股骨远端切骨导板装置

技术领域

本实用新型涉及手术用导航模板，更具体地说，涉及一种全膝置换股骨远端切骨导板装置。

背景技术

随着人口老龄化及运动性损伤的增加，膝关节骨性关节炎的发病率越来越高，对于终末期的骨性关节炎，目前临床上有效的治疗方法为膝关节置换术。

由于个体的差异性，传统手术中采用的手术器械多达130多件，如髓内髓外定位的机械导向装置，切骨板导向装置等。即使这样，在手术中，外科医生还需要凭借肉眼、手感和经验进行解剖定位，通过手工划线、屈伸膝关节摆位等方式进行对线、对位，这本身带有了很大主观性，同时尽管这些机械定位导向装置不断完善，但这些仍是在标准化几何解剖形态的基础上，还是做不到“因人而异”。

据统计膝关节手术不成功中有至少超过50％的原因是由手术不精确，导致术后力线错位，特别是对于特殊患者传统标准化机械导向定位切骨装置其带来的误差也越大。而导致力线错位最主要的原因是股骨远端切骨平面和胫骨近端切骨平面的空间位置。特别是在股骨远端切骨时，肉眼定位、手工划线、髓内定位等，不仅步骤复杂导致术中定位时间长，精确差，而且髓内定位也有较高的感染和脂肪栓塞风险。

得益于计算机及数字技术的快速发展，数字化三维重建在医学上应用越来越广泛，3D打印技术在定制化小批量制造上优势使其在个性化医学中有广泛的应用前景。国内多位学者已将数字化重建和3D打印技术应用于骨科领域，但是仍建立在虚拟切骨以及反向成模的基础上，其装置复杂且设计不够合理。因此，亟待开发一种简单实用的用于膝关节置换的股骨远端导航模板。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有的导航模板不适用于股骨远端切骨手术的问题，提供一种可实现快速、准确切骨的全膝置换股骨远端切骨导板装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种全膝置换股骨远端切骨导板装置，包括定位板和导向板；其中，所述定位板的内表面与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合；所述导向板位于所述定位板的前髁面且沿厚度方向与之相交，所述导向板具有沿厚度方向贯通所述定位板的切骨槽，该切骨槽的长侧面法向平行于股骨的机械轴；并且所述定位板或者导向板上还设有至少一个用于固定导板装置与股骨的固定钉通孔。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述定位板为拟合股骨远端近前髁的部分关节面表面曲面加厚制成的曲面定位板，且厚度为2-4mm。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述定位板的厚度为2mm。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述切骨槽的中心平面与股骨后髁最低点沿所述切骨槽长侧面法向方向上相距9-11mm。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述切骨槽的中心平面与股骨后髁最低点沿所述切骨槽长侧面法向方向上相距10mm。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述切骨槽的高度为1mm。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述固定钉通孔设置在所述导向板的切骨槽上方，且沿厚度方向贯通所述定位板。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述固定钉通孔为三个，沿所述导向板的切骨槽上方等间隔设置。

在根据本实用新型所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置中，所述固定钉通孔的直径为3mm，与所述切骨槽的距离为3mm。

实施本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置，具有以下有益效果：本实用新型针对全膝置换股骨远端切骨手术的特点，设计与股骨特征相对应的定位板和导向板，由定位板与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合确定安装位置，通过固定钉通孔将导板装置固定在股骨上，再由导向板的切骨槽定位切骨面，实现了精确化、个性化股骨远端切骨。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为基于患者膝关节扫描图像建立的三维数字化的股骨模型示意图；

图2为根据本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置的前髁切面主视图；

图3为根据本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置的俯视图；

图4为根据本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置的左视图；

图5为根据本实用新型制作的全膝置换股骨远端切骨导板装置的使用状态图；

图6为根据本实用新型制作的全膝置换股骨远端切骨导板装置切骨后的示意图；

图7为根据本实用新型优选实施例的全膝置换股骨远端切骨导板装置制作方法的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

本实用新型可以针对不同患者的股骨形状，提供个性化的全膝置换股骨远端切骨导板装置。如图1为基于患者膝关节扫描图像建立的三维数字化的股骨模型示意图。该股骨模型可以基于待手术的患者膝关节CT或MRI断层扫描图像建立。图1中上端为股骨近端，下端为股骨远端。在全膝置换手术中，需要对该股骨远端进行切骨。一般情况下，该切骨平面沿股骨的机械轴方向与股骨后髁最低点的距离d约为10mm，该股骨后髁最低点为包括软骨在内的股骨远端后髁处的最低点。

请结合参阅图2至图4，分别为根据本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置的前髁切面主视图、俯视图及左视图。本实用新型提供的全膝置换股骨远端切骨导板装置1又可简称为股骨远端切骨导板装置，至少包括：定位板11和导向板12。

其中，定位板11的内表面与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合。为了获得与股骨远端完全贴合的定位板11，本实用新型可以预先根据患者数字化三维重建数据，提取股骨远端靠近前髁部分的关节面数据，并通过自然拟合方式拟合成曲面，再进行曲面加厚制成曲面定位板。该定位板11的厚度为2-4mm，优选为2mm。

导向板12位于定位板11的前髁面且沿厚度方向与之相交。本实用新型提及的前髁面是指股骨远端切骨导板装置1与股骨固定时，股骨的前髁所朝向的一侧。导向板12的厚度方向是指垂直于图2纸面向内的方向。该导向板12具有沿厚度方向贯通定位板11的切骨槽121。切骨槽121与所需的股骨远端切骨平面相对应，即在将定位板11与股骨远端靠近前髁的关节面表面贴合后，切骨槽121位于所需的切骨平面位置。该切骨槽121通过对切骨工具例如电动摆锯进行限位来定位切骨平面。具体地，该切骨槽121的长侧面法向平行于股骨的机械轴，也就使得通过该切骨槽121限位的切骨平面垂直于股骨的机械轴，以满足手术的要求。优选地，沿切骨槽121的长侧面法向方向上，切骨槽121的中心平面与股骨后髁最低点的距离d为9-11mm。更加优选地，该距离d为10mm。该切骨槽121的高度优选为1mm。

在定位板11或者导向板12上还设有至少一个用于固定导板装置1与股骨的固定钉通孔。在本实施例中，在导向板12上设置了固定钉通孔122。但是在本实用新型的其它实施例中，也可以在定位板11上设置固定钉通孔，用于安装固定钉，进而将该导板装置1固定在股骨上。优选地，当设置在导向板12上时，固定钉通孔122设置在导向板12的切骨槽121上方，且沿厚度方向贯通定位板11。在本实用新型的一个优选实施例中，还可以设置三个或三个以上的固定钉通孔122。如图2-4中，固定钉通孔122为三个，并且沿导向板12的切骨槽121上方等间隔设置，以实现更好地固定。该固定钉通孔122的直径为3mm，与切骨槽121的距离为3mm。

本实用新型制作的股骨远端切骨导板装置1可用于膝关节置换的股骨远端切骨手术。如图5中所示，首先将本实用新型制作的股骨远端切骨导板装置1置于股骨2的远端，随后通过定位板11与股骨2远端前髁的部分关节面表面进行贴合，在确定了安装位置后，将固定钉穿过固定钉通孔122固定在股骨上。本实施例中设置了三个固定钉通孔122，因此可以通过三个大头钉很好地将股骨远端切骨导板装置1固定在股骨2上，使两者相对位置不变。随后，可以使用电动摆锯沿切骨槽121对股骨2进行切骨，保留切骨面上方的部分即可。如图6中所示，切骨完成后，取下固定钉，并移除全膝置换股骨远端切骨导板装置1，即可完成全膝置换股骨远端切骨。

请参阅图7，为根据本实用新型优选实施例的全膝置换股骨远端切骨导板装置制作方法的流程图。应该说明地是，本实用新型提供的全膝置换股骨远端切骨导板装置，可以采用图7的制作方法获得，也可以采用其他制作流程和工艺得到。图7中，本实用新型提供的全膝置换股骨远端切骨导板装置制作方法包括以下步骤：

首先，在步骤S1中，基于患者膝关节的医学影像数据建立三维数字化的股骨模型。

具体地，本实用新型需要预先获取患者膝关节CT或MRI断层扫描图像。随后，通过解剖工程重建软件导入该CT或MRI断层扫描图像，根据骨与软组织具有不同灰度值的特征，进行图像分割和修补，计算获得三维数字化的股骨模型，并存储备用。如图1中示出的基于患者膝关节扫描图像建立的三维数字化的股骨模型示意图。在本实用新型中该三维数字化的股骨模型又简称为股骨模型。本实用新型中所采用的解剖工程重建软件可以为Mimics 17.0或者其它同类型软件。在本实用新型的一个优选实施例中，基于Mimics 17.0实现该步骤，因此预先将获取的患者膝关节CT或MRI断层扫描图像以DICOM格式保存，随后将其导入医学影像软件Mimics 17.0中，进行三维重建后获得三维数字化的股骨模型，以STL格式存储备用。

随后，在步骤S2中，将所述股骨模型导入逆向工程软件，提取股骨远端前髁的部分关节面表面数据，拟合成曲面后加厚得到虚拟的定位板11。

本实用新型中所采用的逆向工程软件可以为Geomagic Studio 2014或者其它同类型软件。具体地，通过逆向工程软件Geomagic Studio 2014导入以STL格式保存的股骨模型，提取股骨远端前髁的部分关节面表面数据(包括滑车沟)，并通过自然拟合方式将其转化为CAD参数化曲面数据，在CAD软件中将该曲面加厚，获得仿生自然拟合定位板结构。在本实用新型的实施例中，该定位板11为加厚2-4mm制得，优选地加厚2mm。

随后，在步骤S3中，建立具有切骨槽121和固定钉通孔122的导向板12。具体地，在CAD软件中建立导向板模型，导向板12上带有沿厚度方向贯穿的长方形的切骨槽121以及3个垂直的固定钉通孔122。导向板12的厚度和宽度约为10mm，导向板12最长长度不超过患者股骨前髁面的矢状面。该切骨槽121在长度方向上也可以为一端封闭，另一端开放，进而便于切骨工具进入该切骨槽内。将建立的导向板模型以STL导出，并导入Geomagic Studio2014。

随后，在步骤S4中，将导向板的厚度方向与定位板的前髁面相交，且使得导向板的切骨槽的长侧面法向平行于股骨的机械轴。

具体地，在Geomagic Studio 2014中将导向板结构厚度方向与定位板结构前髁面相交1mm，并调整导向板12空间位置方向，使切骨槽121的长侧面法向平行于股骨的机械轴，并且切骨槽121的长方形通孔中心平面沿长侧面法向上与股骨后髁最低点(包括软骨)相距9-11mm，优选为10mm。

随后，在步骤S5中，将虚拟的定位板11和导向板12进行缝合，建立虚拟的全膝置换股骨远端切骨导板装置1。

具体地，在Geomagic Studio 2014中完成导向板12与定位板11的布尔合并，得到虚拟的定制化全膝置换股骨远端切骨导板装置1，完成3D建模，并以STL格式输出。

最后，在步骤S6中，利用快速成型技术制作出实体的全膝置换股骨远端切骨导板装置1。例如，通过激光选区烧结打印可消毒塑料或者激光选区熔化打印不锈钢等金属材料。

本实用新型提供的全膝置换股骨远端切骨导板装置具有以下特点：

1、本实用新型提供了一种定制化的全膝置换股骨远端切骨导板装置，可以快速、方便对患者股骨切骨平面定位并对切骨进行导向。

2、采用本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置进行切骨，可以在术前进行手术规划，实现了真正“私人定制”手术。

3、通过本实用新型的全膝置换股骨远端切骨导板装置进行切骨，在简化手术的同时，可以通过定位板11和固定钉通孔122定位在股骨2上，并通过切骨槽121确定切骨面位置，实现了外科技术上要求的切骨面垂直于股骨机械轴，同时可以定量控制切骨厚度，实现了手术的可控制性及精确性。

4、本实用新型可以缩短外科医生的学习曲线，使年轻医生也能利用本实用新型提供的股骨远端切骨导板装置快速掌握技术、实施手术。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合或材料，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。例如，本实用新型中所采用的软件也可以使用类似功能的软件代替，模型标本制造也可通过其他增材制造方法制造。在本实用新型制作方法中利用类似流程设计、制造的导板均属本实用新型保护的范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (9)

1.一种全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，包括定位板和导向板；其中，所述定位板的内表面与股骨远端前髁的部分关节面表面贴合；所述导向板位于所述定位板的前髁面且沿厚度方向与之相交，所述导向板具有沿厚度方向贯通所述定位板的切骨槽，所述切骨槽的长侧面法向平行于股骨的机械轴，并且所述定位板或者导向板上还设有至少一个用于固定导板装置与股骨的固定钉通孔。

2.根据权利要求1所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述定位板为拟合股骨远端近前髁的部分关节面表面曲面加厚制成的曲面定位板，且厚度为2-4mm。

3.根据权利要求2所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述定位板的厚度为2mm。

4.根据权利要求1所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述切骨槽的中心平面与股骨后髁最低点沿所述切骨槽长侧面法向方向上相距9-11mm。

5.根据权利要求4所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述切骨槽的中心平面与股骨后髁最低点沿所述切骨槽长侧面法向方向上相距10mm。

6.根据权利要求1所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述切骨槽的高度为1mm。

7.根据权利要求1所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述固定钉通孔设置在所述导向板的切骨槽上方，且沿厚度方向贯通所述定位板。

8.根据权利要求7所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述固定钉通孔为三个，沿所述导向板的切骨槽上方等间隔设置。

9.根据权利要求8所述的全膝置换股骨远端切骨导板装置，其特征在于，所述固定钉通孔的直径为3mm，与所述切骨槽的距离为3mm。