RU2598769C1 - Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов - Google Patents
Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598769C1 RU2598769C1 RU2015130372/14A RU2015130372A RU2598769C1 RU 2598769 C1 RU2598769 C1 RU 2598769C1 RU 2015130372/14 A RU2015130372/14 A RU 2015130372/14A RU 2015130372 A RU2015130372 A RU 2015130372A RU 2598769 C1 RU2598769 C1 RU 2598769C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- matrix
- computer model
- bioimplant
- implant
- Prior art date
Links
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии. Для одномоментного замещения костных дефектов проводят компьютерно-томографическое обследование биологического объекта, создают образ области костных структур определенной плотности, захватывая по краям костного дефекта по 0,2-0,4 см неповрежденной костной ткани. Осуществляют гибридное параметрическое моделирование триангулярной компьютерной модели имплантата с реконструкцией недостающих фрагментов резецированного костного дефекта с последующей его топологической оптимизацией. Производят редактирование компьютерной модели имплантата в зависимости от распределения линий нагрузки и направления оси конечности. Создают компьютерную модель топологически оптимизированной матрицы по объемным параметрам отредактированного костного дефекта и формируют в ней отверстия для доставки жидкого костнозамещающего вещества и эвакуации воздуха. Затем изготавливают матрицу на 3D принтере, вводят в нее жидкое костнозамещающее вещество, после его отвердения матрицу растворяют, оставшийся биоимплант стерилизуют и помещают в упаковку. Способ исключает дополнительную лучевую нагрузку на пациента, повышает точность, индивидуализированность и стабильность фиксации биоимпланта, обеспечивает эластическую компрессию его костной тканью. 1 пр.
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и может быть использовано для одномоментного замещения костных дефектов.
В качестве прототипа выбран способ, включающий проведение компьютерной томографии биологического объекта при сканировании с минимальным шагом координатного стола в режиме высокого разрешения при неподвижном положении пациента на протяжении получения полного набора томограмм, отбор из массива томографических данных посредством установки уровня отсечки, задавая коэффициент градиента интенсивности от 0 до 225, информации для восстановления образа костных структур определенной плотности для построения стереолитографической модели, и создание на ее основе воскового шаблона, используемого в дальнейшем для изготовления имплантата (Патент РФ N2196543, 2001 г.).
Однако известный способ не обеспечивает возможности изменения формы не только контактирующих поверхностей, но и всего имплантата, не позволяет моделировать имплантат в зависимости от распределений линий нагрузки и направления оси конечности. Способ не позволяет заложить на этапе компьютерного моделирования в объемные параметры будущего имплантата повышенную стабильность фиксации и эластичную компрессию костной тканью. Кроме того, способ не дает возможности производить компьютерное параметрическое моделирование имплантата и его топологическую оптимизацию, что значительно снижает точность, индивидуализированность и качество будущего биоимплантата. Необходимость выполнения компьютерной томографии симметричной неповрежденной кости для последующего «зеркального» замещения дефекта увеличивает лучевую нагрузку на пациента, делает невозможным применение способа при отсутствии симметричной неповрежденной кости. Необходимость создания мануально воскового шаблона, а в последующем на его основе биоимплантата, увеличивает время его изготовления и стоимость, снижает точность, требует привлечения специалистов, владеющих данными навыками. Применение технологии стереолитографии значительно увеличивает время изготовления физических моделей имплантатов, не позволяет использовать для их создания растворимые материалы.
Задача предлагаемого изобретения - усовершенствование способа.
Технический результат- обеспечение возможности изменения формы компьютерной модели имплантата в зависимости от распределений линий нагрузки и направления оси конечности, исключение дополнительной лучевой нагрузки на пациента, повышение стабильности фиксации биоимплантата и обеспечение эластичной компрессии его костной тканью.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в способе, включающем компьютерно-томографическое обследование биологического объекта при сканировании с минимальным шагом координатного стола в режиме высокого разрешения при неподвижном положении пациента на протяжении получения полного набора томограмм и создания при помощи установки уровня отсечки для массива томографических данных, задавая коэффициент градиента интенсивности от 0 до 225, образа костных структур определенной плотности, создают компьютерную модель области костного дефекта, захватывая по краям дефекта по 0,2-0,4 см неповрежденной костной ткани, редактируют компьютерную модель имплантата в зависимости от распределения линий нагрузки и направления оси конечности, осуществляют гибридное параметрическое моделирование компьютерной модели имплантата с реконструкцией недостающих фрагментов костной ткани и последующую его топологическую оптимизацию, создают компьютерную модель матрицы и формируют в ней два отверстия: одно - для доставки жидкого костнозамещающего вещества, другое - для эвакуации воздуха, затем выполняют топологическую оптимизацию компьютерной модели матрицы, изготавливают ее на 3D принтере, изготовленную матрицу заполняют жидким костнозамещающим веществом, после отвердения которого помещают матрицу в растворитель, а оставшийся биоимплантат стерилизуют и помещают в упаковку.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На первом этапе после установки клинико-рентгенологического и при необходимости морфологического диагноза производят компьютерную томографию биологического объекта при сканировании с минимальным шагом (чаще всего не более 2 мм) координатного стола в режиме высокого разрешения (в зависимости от исследуемого органа) при неподвижном положении пациента на протяжении получения полного набора томограмм. Из массива томографических данных отбирают при помощи установки уровня отсечки, задавая коэффициент градиента интенсивности эмпирически от 0 до 225, информацию для восстановления образа костных структур определенной плотности. На втором этапе после построения компьютерной триангулярной модели кости создают компьютерную модель области костного дефекта, захватывая по краям дефекта по 0,2-0,4 см неповрежденной костной ткани. При наличии опухоли или опухолевидного образования создают компьютерную модель, включающую опухоль с захватом по краям опухоли 0,2-0,4 см неповрежденной костной ткани. Затем производят гибридное параметрическое моделирование компьютерной модели имплантата, включающее реконструкцию недостающих фрагментов костной ткани. После этого осуществляют редактирование компьютерной модели имплантата путем изменения его формы и размеров в зависимости от распределения линий нагрузки и направления оси конечности с последующим его топологическим оптимизированием. Далее на основе полученных объемных параметров отредактированного имплантата создают компьютерную модель его матрицы. Затем формируют в ней два отверстия: одно - для доставки жидкого костнозамещающего вещества, другое - для эвакуации воздуха. После этого выполняют ее топологическую оптимизацию. При необходимости добавляют поддержку матрицы и отправляют дистанционно или через жесткий носитель на FDM 3D принтер для ее производства. Изготовленную матрицу заполняют жидким костнозамещающим веществом. После его отвердения матрицу помещают в растворитель. После растворения матрицы оставшийся биоимплантат стерилизуют и помещают в упаковку.
Клинический пример.
Больной Г., 43 г. Д-з: Открытый многооскольчатый перелом лобной, теменной, височной, затылочной костей свода черепа слева.
При поступлении выполнена первичная хирургическая обработка раны волосистой части головы, удаление свободнолежащих мелких костных отломков. После операции сформировался обширный костный дефект левой половины черепа. Больному произведено послойное сканирование черепа с использованием рентгеновского томографа Siemens с толщиной слоя 2 мм. Цифровые файлы томограмм в исходном формате были перенесены с жесткого диска томографа на персональный компьютер. По описанной в способе методике сформировали триангулярную модель черепа пациента, создали компьютерную модель области костного дефекта с захватом по краям дефекта 0,3 см неповрежденной костной ткани. Затем выполнили гибридное параметрическое моделирование компьютерной модели будущего биоимплантата с восстановлением недостающих фрагментов костной ткани. После этого отредактировали форму модели имплантата в зависимости от распределения напряжения и силовых линий. Затем на основе полученных объемных параметров компьютерной модели имплантата по предлагаемой в способе методике изготовили из термопластика HIPS матрицу, которую заполнили жидким костнозамещающим веществом «Рекост». После растворения матрицы биоимплантат простерилизовали и заместили им во время операции костный дефект. Заживление первичным натяжением. Швы сняты на 10 сутки после операции. Пациент выписан домой в удовлетворительном состоянии. Больной осмотрен через год: состояние удовлетворительное, миграции биоимплантата не произошло, по данным МСКТ признаки остеоинтеграции, осложнений в отдаленном послеоперационном периоде не было.
Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимплантата для одномоментного замещения костных дефектов позволяет изменять форму компьютерной модели имплантата в зависимости от распределений линий нагрузки и направления оси конечности, исключает дополнительную лучевую нагрузку на пациента. Способ повышает стабильность фиксации биоимплантата и эластичную компрессию костной тканью, что создает благоприятные условия для остеоинтеграции, создает возможность использования способа при отсутствии симметричной неповрежденной кости и обеспечивает возможность применения растворимых материалов для изготовления физических моделей имплантатов. Кроме того, повышает точность, индивидуализированность и качество создаваемых имплантатов, сокращает время и стоимость их производства, а также обеспечивает возможность использования жидких костнозамещающих материалов для изготовления биоимплантатов. Способ позволяет осуществлять гибридное параметрическое моделирование компьютерной модели имплантата с реконструкцией недостающих фрагментов костной ткани и его топологическую оптимизацию.
Claims (1)
- Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимплантата для одномоментного замещения костных дефектов, включающий компьютерно-томографическое обследование биологического объекта при сканировании с минимальным шагом координатного стола в режиме высокого разрешения при неподвижном положении пациента на протяжении получения полного набора томограмм и создания при помощи установки уровня отсечки для массива томографических данных образа костных структур определенной плотности, отличающийся тем, что создают компьютерную модель области костного дефекта, захватывая по краям дефекта по 0,2-0,4 см неповрежденной костной ткани, редактируют компьютерную модель имплантата в зависимости от распределения линий нагрузки и направления оси конечности, осуществляют гибридное параметрическое моделирование компьютерной модели имплантата с реконструкцией недостающих фрагментов костной ткани и последующую его топологическую оптимизацию, создают компьютерную модель матрицы по объемным параметрам отредактированного костного дефекта и формируют в ней два отверстия: одно - для доставки жидкого костнозамещающего вещества, другое - для эвакуации воздуха, затем выполняют топологическую оптимизацию компьютерной модели матрицы, изготавливают ее на 3D принтере, изготовленную матрицу заполняют жидким костнозамещающим веществом, после его отвердения помещают матрицу в растворитель, а оставшийся биоимплантат стерилизуют и помещают в упаковку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130372/14A RU2598769C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130372/14A RU2598769C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2598769C1 true RU2598769C1 (ru) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015130372/14A RU2598769C1 (ru) | 2015-07-22 | 2015-07-22 | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2598769C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680221C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-02-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России) | Способ ревизионного эндопротезирования коленного сустава при дефекте бедренной кости |
WO2019217338A1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-11-14 | Mentor Worldwide Llc | Systems and methods for manufacturing bioscaffold extracellular structures for tissue-regeneration |
RU2743364C1 (ru) * | 2020-07-02 | 2021-02-17 | Игорь Викторович Балязин-Парфенов | Способ стабилизации тел позвонков путем введения импланта |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164392C1 (ru) * | 2000-06-27 | 2001-03-27 | Шалумов Арнольд-Суруиль Зироевич | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного имплантата для восполнения сложного субтотального полиоссального дефекта глазницы |
RU25996U1 (ru) * | 2002-03-25 | 2002-11-10 | Зум Инвестмент Лимитед Инк. | Имплантат для контурной пластики, восстановления, коррекции, устранения или замещения дефектов, повреждений или деформаций костной или хрящевой ткани |
RU2196543C1 (ru) * | 2001-04-26 | 2003-01-20 | Ассоциация "Новые биоматериалы и технологии в краниофациальной области "БиоТех XXI" | Способ изготовления стереолитографических моделей и биоимплантатов для применения в черепно-челюстно-лицевой хирургии |
US20090042167A1 (en) * | 2004-09-14 | 2009-02-12 | Oratio B.V. | Method of Manufacturing and Installing a Ceramic Dental Implant with an Aesthetic Implant Abutment |
KR20120088928A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 고려대학교 산학협력단 | 두개골 성형술에 적용되는 맞춤형 두개골 임플란트의 제작 방법 |
RU2551304C2 (ru) * | 2013-06-19 | 2015-05-20 | Алексей Валерьевич Бабовников | Способ проектирования индивидуальных имплантатов для остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей |
-
2015
- 2015-07-22 RU RU2015130372/14A patent/RU2598769C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164392C1 (ru) * | 2000-06-27 | 2001-03-27 | Шалумов Арнольд-Суруиль Зироевич | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного имплантата для восполнения сложного субтотального полиоссального дефекта глазницы |
RU2196543C1 (ru) * | 2001-04-26 | 2003-01-20 | Ассоциация "Новые биоматериалы и технологии в краниофациальной области "БиоТех XXI" | Способ изготовления стереолитографических моделей и биоимплантатов для применения в черепно-челюстно-лицевой хирургии |
RU25996U1 (ru) * | 2002-03-25 | 2002-11-10 | Зум Инвестмент Лимитед Инк. | Имплантат для контурной пластики, восстановления, коррекции, устранения или замещения дефектов, повреждений или деформаций костной или хрящевой ткани |
US20090042167A1 (en) * | 2004-09-14 | 2009-02-12 | Oratio B.V. | Method of Manufacturing and Installing a Ceramic Dental Implant with an Aesthetic Implant Abutment |
KR20120088928A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 고려대학교 산학협력단 | 두개골 성형술에 적용되는 맞춤형 두개골 임플란트의 제작 방법 |
RU2551304C2 (ru) * | 2013-06-19 | 2015-05-20 | Алексей Валерьевич Бабовников | Способ проектирования индивидуальных имплантатов для остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680221C1 (ru) * | 2017-12-21 | 2019-02-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России) | Способ ревизионного эндопротезирования коленного сустава при дефекте бедренной кости |
WO2019217338A1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-11-14 | Mentor Worldwide Llc | Systems and methods for manufacturing bioscaffold extracellular structures for tissue-regeneration |
RU2743364C1 (ru) * | 2020-07-02 | 2021-02-17 | Игорь Викторович Балязин-Парфенов | Способ стабилизации тел позвонков путем введения импланта |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8706285B2 (en) | Process to design and fabricate a custom-fit implant | |
Marro et al. | Three-dimensional printing and medical imaging: a review of the methods and applications | |
Salmi et al. | Patient‐specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing | |
US20170079721A1 (en) | Method and system for constructing prosthesis for defect part of tissues and organs | |
JP3927487B2 (ja) | 人工骨モデルの製造方法 | |
Negi et al. | Basics and applications of rapid prototyping medical models | |
Singare et al. | Rapid prototyping assisted surgery planning and custom implant design | |
Bakhtiar et al. | 3D printing technologies and their applications in biomedical science | |
US20060212158A1 (en) | System for manufacturing an implant | |
RU2598769C1 (ru) | Способ изготовления индивидуализированного прецизионного биоимпланта для одномоментного замещения костных дефектов | |
Zheng et al. | Tissue transformation mold design and stereolithography fabrication | |
Gill et al. | 3D modelling and printing of craniofacial implant template | |
Kouhi et al. | Design and fabrication of reconstructive mandibular models using fused deposition modeling | |
Jamayet et al. | New approach to 3D printing of facial prostheses using combination of open source software and conventional techniques: a case report | |
Dohiem et al. | Accuracy of digital auricular impression using intraoral scanner versus conventional impression technique for ear rehabilitation: A controlled clinical trial | |
Andrews et al. | Stereolithographic model construction from CT for assessment and surgical planning in congenital aural atresia | |
Honiball | The Application of 3D Printing in reconstructive surgery | |
CN114948349A (zh) | 一种人体下颌骨受损骨骼的逆向设计与快速制作方法 | |
Kapoor | 3D visualization and printing: An “Anatomical Engineering” trend revealing underlying morphology via innovation and reconstruction towards future of veterinary anatomy | |
Simon et al. | Craniofacial prosthetic reconstruction using polymethyl methacrylate implant: a case report | |
Torres-Jara et al. | Application of a comprehensive methodology for the development of personalized bone implants: exemplification through three cases | |
Dincă et al. | Additive manufacturing in maxillofacial reconstruction | |
Demiri et al. | Three-dimensional printing in plastic and reconstructive surgery | |
Din et al. | Nasofacial morphometric analysis for nasal reconstruction | |
Bhattacharya et al. | Role of 3D Printing in Surgery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180228 Effective date: 20180228 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200723 |