一种以关节软骨面为贴合面的手术导板之蒙板的设计方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种以关节软骨面为贴合面的手术导板之蒙板的设计方法。

背景技术

3D打印手术导板现已较为广泛地应用于骨科临床手术中，用于引导定位、钻孔、截骨、复位等手术操作，通常由贴合骨面的蒙板和固定于蒙板之上的诸如导向管、导向槽之类的引导装置所构成；其引导的基础是在骨的表面建立与骨面具有唯一贴合面的蒙板，以此蒙板为作为定位或复位的基准，或在此蒙板上建立钻孔或截骨的引导装置；因此，蒙板的精准度是手术导板应用的基础。

以骨面为贴合面的蒙板通常可以做到贴合面与术中所见真实骨面的重叠吻合，获得精准的贴合；但对全部或部分以关节面为贴面的蒙板来说，情况就复杂了，完全平整的关节软骨面与软骨下骨面应呈克隆状态，但事实上所有关节面均有曲面，即均非平面状；呈曲面的关节软骨面的表面形态虽然与软骨下骨相似，但软骨表面积必然大于软骨下骨的表面积；因为目前关节软骨的影像很难获取，即软骨不显影，根据影像所采集到的软骨下骨的表面上浮偏移所克隆出的蒙板贴合面必然会小于相应部位的软骨面的面积，即所述蒙板将不能与软骨面相吻合，从而必然影响到手术导板的精准性。

发明内容

为此，本发明提供一种以关节软骨面为贴合面的手术导板之蒙板的设计方法，系将 CT等影像检查获取的数据以DICOM或JPG或BMP或Tiff等格式导入计算机，通过Mimics或E3d或3D Slicer或ORS visual等软件建立3D数字模型，在所述模型的基础上设计出手术导板；其特征是：所述手术导板的蒙板的贴合面与受检关节软骨面相吻合。

设计方法包括所述软骨面厚度测量方法和基于软骨下骨表面形态模型加上软骨厚度后的软骨表面形态模型的建立方法。

对于关节面对称，即影像中关节间隙平行的关节，所述关节软骨面厚度根据所述关节的骨性关节间隙的距离除以2来计算得出。

所述关节的关节面为非对称性关节面时，如髌骨与股骨构成的髌股关节面的接触就是非对称性的，则以整个关节面中最小的骨性关节间隙即构成关节的两块骨骼相接触部分的关节间隙距离除以2为软骨面厚度。

所述基于软骨下骨表面形态加上软骨厚度后的软骨表面形态3D数字模型的建立方法为在所需贴合的关节软骨面下的骨的3D数字模型基础上，偏移骨面使之增厚达所述软骨面厚度，人为制造出所述骨表面的软骨面的3D数字模型；再以此人造的虚拟软骨面3D数字模型为基础，通过加厚方式使所述骨的软骨面增厚至所述蒙板所需厚度，最后通过布尔减方式减去所述骨和所述虚拟软骨，完成所述导板之蒙板的设计。

将所需贴合的关节软骨面下的骨模型以.stl或.IGES或.STEP或.obj或DAE等格式导入 geomagic studio或magics或3-matic或Rhino或E3D软件中，先选取所需建立蒙板部位的软骨下骨面，通过偏移骨面使之增厚，人为制造出所述骨面的软骨面；再以此人造的虚拟软骨面为基础，通过加厚方式使所述骨的软骨面增厚2-5mm，然后通过布尔减方式减去所述骨和所述虚拟软骨面，完成2-5mm厚的所述导板之蒙板的设计。

本发明的有益效果是能完全利用软骨面来设计蒙板，在减少术中对关节囊的切开和软组织的剥离，减少血运的破坏和粘连的发生，减少感染发生概率的前提下，发挥手术导板对手术的精准引导作用。

附图说明

附图1为股骨颈中轴定位导板示意图。

具体实施方式

因股骨头坏死、髋关节骨性关节炎等疾病行股骨头表面置换或以无柄关节行人工关节置换手术时，须将股骨头脱出髋臼，找出股骨颈中轴线，并以所述中轴线为轴线进行截骨和假体安装等手术操作；为提高手术质量，所述中轴线须与股骨颈天然的颈干角和前倾角保持一致，并尽量居于断面非对称形状的股骨颈各断面的中部；个性化手术导板为股骨颈中轴线的确定提供了目前已知的最佳技术方案。

本发明的具体实施方式以股骨颈中轴定位导板的设计为例来说明。

术前使用多排螺旋CT薄层扫描患者者双侧髋部，扫描层厚1mm，采集的CT数据以DICOM或JPG或BMP或Tiff等格式导入计算机，通过Mimics或E3d或3D Slicer或ORS visual等软件建立股骨近端3D数字模型；因股骨颈骨性表面1不足以提供能使导板3稳妥贴合所需的贴合面，常需借助股骨头来增加蒙板31的贴合面积，提高蒙板31贴合的稳妥性。

由于软骨不显影，股骨头表面软骨2必然使术中真实的股骨头直径和周长以及表面积大于3D数字模型中的纯骨性股骨头直径和周长以及表面积，因此导板3的蒙板31也应以股骨头软骨面2为基础；股骨头软骨面2的厚度可根据髋关节的骨性关节间隙除以 2来计算得出。

为此，将股骨近端3D数字模型以.stl或.IGES或.STEP或.obj或DAE等格式导入geomagic studio或magics或3-matic或Rhino或E3D等软件中，先选取股骨头软骨下骨面，通过偏移骨面使之增厚，增加的厚度由测得的软骨厚度决定，人为制造出股骨头的软骨面2；再以此人造的虚拟股骨头软骨面2为基础，通过加厚方式使股骨头软骨面2 增厚形成股骨头蒙板311，具体增加的厚度由拟3D打印出的导板的材料决定，总体来说，钛合金和聚醚醚酮材料强度高，将股骨头蒙板311厚度设计成2-3mm即可，尼龙、光固化树脂和聚乳酸材料强度低，则设计成3-5mm；然后通过布尔减方式减去骨性股骨头和虚拟的股骨头软骨面2，便可设计出相应厚度的股骨头蒙板311；将贴合于股骨颈骨性表面1的股骨头颈蒙板312和贴合于股骨头软骨面2的股骨头蒙板311连为一体，便形成了股骨颈中轴定位导板3之蒙板31的数字模型；再在股骨头颈蒙板31的基础上偶合一个沿股骨颈中轴线设置的导向管32，便完成了导板3的设计(如图1所示)；将所设计的导板3数字模型导入3D打印机内即可打印出供手术中使用的导板3实物。

本发明申请已清晰、完整地描述了本发明的创新思想，但显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有变化、修改、替换和变型等其他实施例，都属于本发明保护的范围。