一种3D打印的悬浮式导航模块制造技术

本发明专利技术涉及一种3D打印的悬浮式导航模块，具体制备步骤如下：（1）对股骨远端骨折患者术前进行连续薄层CT扫描，将CT扫描后的Dicom格式文件输入至Mimics软件，三维重建膝关节模型，虚拟骨折复位，筛选合适的接骨板、螺钉进行虚拟内固定，确定理想的内固定方案；（2）设计并3D打印导航模块：利用Mimics软件各个功能键进行设计；（3）具体手术实施。本发明专利技术中的与膝关节骨性标志周围骨面轮廓特征成反向结构而又卡位良好的悬浮式个性化导航模块，更加符合生物学内固定原则，从而能有效地解决现有导航模块因卡位需剥离较大范围的软组织破坏骨膜问题，有效的保护骨折端血运。

Suspension type navigation module of 3D printing

Suspension type navigation module of the present invention relates to a 3D print, the preparation steps are as follows: (1) of distal femoral fracture with continuous thin-layer CT scanning in patients with preoperative CT scan, Dicom format file input to Mimics software, three-dimensional reconstruction of the knee joint model, virtual fracture reposition, screen plate, screw the virtual internal fixation, determine the ideal internal fixation plan; (2) design and print 3D navigation module: Mimics software is used to design various function keys; (3) the specific operation. The invention of the knee and the bony landmarks around the bone surface contour into suspension structure and reverse personalized navigation module card good, more in line with the principle of biological fixation, which can effectively solve the existing navigation module for soft tissue card stripping larger periosteum, effectively protect fracture blood circulation.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的悬浮式导航模块
本专利技术涉及一种3D打印的悬浮式导航模块，属于临床医学骨外科

技术介绍
股骨远端骨折常因骨折端粉碎、骨折线累及关节面，内固定手术力学性能要求高，是目前创伤骨科手术治疗难点。内固定手术要求切开进行直视下骨折块的解剖复位，达到关节面平整、稳定的内固定，其关节面骨折愈合要求骨折端之间无吸收、无骨痂而通过骨小梁直接愈合，即I期愈合，便于早期活动和早期进行康复锻炼，以预防后期膝关节畸形愈合、感染、僵硬、创伤性骨关节炎及骨不连等并发症发生。传统骨科内固定手术在接骨板放置的位置、各个方向螺钉是否触碰或破入关节腔及是否全方位的固定住骨折块等方面面临诸多难题，往往使临床医师在术中多次的摆放调试接骨板的位置、多次透视观察螺钉的角度、方向及长度是否最佳、重复置钉导致骨质的破坏、广泛的软组织切开和骨膜剥离、手术时间延长及骨折固定不稳固等，影响手术效果。因此，良好的术前规划尤为重要。数字骨科的出现，术前临床医师能够在个人电脑上通过相关医学软件对每个单一骨折块进行移位以虚拟复位恢复其解剖结构，运用复位后模型可以对接骨板置入位置和螺钉置入方向和长度进行最优化的设计，确定关节内骨折个性化的手术方案。但如何将数字化设计的术前规划方案精准再现是一个难题，随后兴起的3D打印技术，为数字化技术转化到临床应用架起了一座桥梁｡数字化技术与3D打印技术的有机结合，为最优化内固定方案的实施提供了可能。利用数字化设计确定内固定螺钉方向和长度，并在3D打印技术辅助下实施，不再需要准备大量器械备用，省去了在术中测量时间和多次透视的烦琐步骤，大大节约了手术时间，减少了术中出血量及麻醉时间，减低了手术难度、大大提高手术成功率。最后提高了内固定的生物力学性能，达到预期的手术效果，从而促进患者更快康复｡3D打印导航模块辅助准确实施数字化设计的理想内固定方案，是切实可行的一种方法。导航模块包括相连的一个基板（卡位面）和三个以上带中空钉道的支持柱。本课题组已率先设计整个基板与骨面完全卡位的带钉道的3D打印导航模块在临床手术中良好应用。根据手术部位有限显露的局部骨面解剖结构，利用医学软件Mimics反向取模作为基板，设计带导航钉道的模块，术中导引克氏针准确置入手术部位的预设钉道。拔除导航模块，接骨板相应钉孔套入克氏针即可使接骨板处于预设接骨板放置位置，进而顺利完成接骨板、螺钉的内固定，整个一体化步骤客观地保证了虚拟设计方案在现实中准确再现，实现一次性成功置入。现有技术存在以下不足：（1）3D打印技术辅助四肢骨折手术，多采用打印整体骨折模型实体供术中参考比对，没有设计并打印导航模块辅助手术实施。（2）既往研究率先设计的3D打印导航模块辅助内固定的实施，通常需要把模块基板所要卡位的骨面上的软组织及骨膜彻底地剥离，促使导航模块完全充分卡位，避免导航模块的飘移，提高置钉的精准度。而软组织和骨膜的进一步剥离对粉碎性骨折的愈合仍可能会造成不同程度的负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3D打印的悬浮式导航模块，针对原有的3D打印导航模块进行改进，利用膝关节明显暴露的可剥离骨性标志设计卡位面，将置钉范围悬浮，较少或无需剥离骨膜和软组织即可置钉。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种3D打印的悬浮式导航模块，具体制备步骤如下：（1）对股骨远端骨折患者术前进行连续薄层CT扫描，将CT扫描后的Dicom格式文件输入至Mimics软件，三维重建膝关节模型，虚拟骨折复位，筛选合适的接骨板、螺钉进行虚拟内固定，确定理想的内固定方案；（2）设计并3D打印导航模块：本专利技术中的导航模块包含相连的悬浮面、卡位面及带钉道的支持柱三部分，均利用Mimics软件各个功能键进行设计；设计导航模块的三个以上支持柱，菜单操作MedCAD\Cylinder，构建钉道，构建完成后复制钉道并放大至Φ10mm，调节长度为距骨面约30mm；设计模块基板，菜单操作Simulation\CutorthogonaltoScreen，使外侧骨面斜对于操作者，精确切割股骨远端卡位范围，股骨远端范围为沿着股骨外侧髁嵴上下长2.5～3.5cm，向内侧延伸左右宽1～1.5cm；首先整体切割骨块，然后在整体切割的骨块上切割悬浮面骨块，两次切割都需选择KeepOriginals，在Simulation\Reposition中实施拔模：将整体骨块获得厚度约5mm，悬浮面骨块获得厚度3～3.5mm；进行布尔运算：（整体骨块+支持柱）-（钉道+股骨+悬浮面骨块），获得导航模块雏形；切削支持柱突出于卡位模块之外凸出的部分，最终得到导航模块；将导航模块以STL格式文件输出至3D打印机，以聚乳酸材料PLA进行高精度打印；打印实体经过最后的修剪，最后得到导航模块成品；（3）具体手术实施：3D打印导航模块采用低温等离子消毒，导航模块卡位面与股骨远端外侧髁关节面进行吻合卡位，无需剥离任何软组织，向内游离一部分脂肪垫即可完全卡位；悬浮式导航模块卡位，良好卡位的特征为“唯一位置”，即导航模块卡位面与骨面之间产生明显的嵌合，在加压的情况下，导航模块不能在骨面上移动及转动，而悬浮面与骨面始终能保持相等的悬空距离；助手协助固定好导航模块，术者以电钻从导航模块悬浮面上的支持柱钉道置入Φ1.5mm克氏针，拔出导航模块，将克氏针剪短，套上接骨板，使接骨板处于最佳的位置；继续完成全部内固定手术。该专利技术的有益效果在于：本专利技术中的与膝关节骨性标志周围骨面轮廓特征成反向结构而又卡位良好的悬浮式个性化导航模块，更加符合生物学内固定原则，从而能有效地解决现有导航模块因卡位需剥离较大范围的软组织破坏骨膜问题，有效的保护骨折端血运，改善骨折的预后恢复效果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本专利技术。实施例本实施例中的3D打印的悬浮式导航模块，具体制备步骤如下：（1）对股骨远端骨折患者术前进行连续薄层CT扫描，将CT扫描后的Dicom格式文件输入至Mimics软件，三维重建膝关节模型，虚拟骨折复位，筛选合适的接骨板、螺钉进行虚拟内固定，确定理想的内固定方案；（2）设计并3D打印导航模块：本专利技术中的导航模块包含相连的悬浮面、卡位面及带钉道的支持柱三部分，均利用Mimics软件各个功能键进行设计；设计导航模块的三个以上支持柱，菜单操作MedCAD\Cylinder，构建钉道，构建完成后复制钉道并放大至Φ10mm，调节长度为距骨面约30mm；设计模块基板，菜单操作Simulation\CutorthogonaltoScreen，使外侧骨面斜对于操作者，精确切割股骨远端卡位范围，股骨远端范围为沿着股骨外侧髁嵴上下长2.5～3.5cm，向内侧延伸左右宽1～1.5cm；首先整体切割骨块，然后在整体切割的骨块上切割悬浮面骨块，两次切割都需选择KeepOriginals，在Simulation\Reposition中实施拔模：将整体骨块获得厚度约5mm，悬浮面骨块获得厚度3～3.5mm；进行布尔运算：（整体骨块+支持柱）-（钉道+股骨+悬浮面骨块），获得导航模块雏形；切削支持柱突出于卡位模块之外凸出的部分，最终得到导航模块；将导航模块以STL格式文件输出至3D打印机，以聚乳酸材料PLA进行高精度打印；打印实体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印的悬浮式导航模块，其特征在于：具体制备步骤如下：（1）对股骨远端骨折患者术前进行连续薄层CT扫描，将CT扫描后的Dicom格式文件输入至Mimics软件，三维重建膝关节模型，虚拟骨折复位，筛选合适的接骨板、螺钉进行虚拟内固定，确定理想的内固定方案；（2）设计并3D打印导航模块：本专利技术中的导航模块包含相连的悬浮面、卡位面及带钉道的支持柱三部分，均利用Mimics软件各个功能键进行设计；设计导航模块的三个以上支持柱，菜单操作MedCAD\Cylinder，构建钉道，构建完成后复制钉道并放大至Φ10mm，调节长度为距骨面约30mm；设计模块基板，菜单操作Simulation\Cut orthogonal to Screen，使外侧骨面斜对于操作者，精确切割股骨远端卡位范围，股骨远端范围为沿着股骨外侧髁嵴上下长2.5～3.5cm，向内侧延伸左右宽1～1.5cm；首先整体切割骨块，然后在整体切割的骨块上切割悬浮面骨块，两次切割都需选择Keep Originals，在Simulation\Reposition中实施拔模：将整体骨块获得厚度约5mm，悬浮面骨块获得厚度3～3.5mm；进行布尔运算：（整体骨块+支持柱）‑（钉道+股骨+悬浮面骨块），获得导航模块雏形；切削支持柱突出于卡位模块之外凸出的部分，最终得到导航模块；将导航模块以STL格式文件输出至3D打印机，以聚乳酸材料PLA进行高精度打印；打印实体经过最后的修剪，最后得到导航模块成品；（3）具体手术实施：3D打印导航模块采用低温等离子消毒，导航模块卡位面与股骨远端外侧髁关节面进行吻合卡位，无需剥离任何软组织，向内游离一部分脂肪垫即可完全卡位；悬浮式导航模块卡位，良好卡位的特征为“唯一位置”，即导航模块卡位面与骨面之间产生明显的嵌合，在加压的情况下，导航模块不能在骨面上移动及转动，而悬浮面与骨面始终能保持相等的悬空距离；助手协助固定好导航模块，术者以电钻从导航模块悬浮面上的支持柱钉道置入Φ1.5 mm克氏针，拔出导航模块，将克氏针剪短，套上接骨板，使接骨板处于最佳的位置；继续完成全部内固定手术。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的悬浮式导航模块，其特征在于：具体制备步骤如下：（1）对股骨远端骨折患者术前进行连续薄层CT扫描，将CT扫描后的Dicom格式文件输入至Mimics软件，三维重建膝关节模型，虚拟骨折复位，筛选合适的接骨板、螺钉进行虚拟内固定，确定理想的内固定方案；（2）设计并3D打印导航模块：本发明中的导航模块包含相连的悬浮面、卡位面及带钉道的支持柱三部分，均利用Mimics软件各个功能键进行设计；设计导航模块的三个以上支持柱，菜单操作MedCAD\Cylinder，构建钉道，构建完成后复制钉道并放大至Φ10mm，调节长度为距骨面约30mm；设计模块基板，菜单操作Simulation\CutorthogonaltoScreen，使外侧骨面斜对于操作者，精确切割股骨远端卡位范围，股骨远端范围为沿着股骨外侧髁嵴上下长2.5～3.5cm，向内侧延伸左右宽1～1.5cm；首先整体切割骨块，然后在整体切割的骨块上切割悬浮面骨块，两次切割都需选择KeepOriginals，在Simul...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宣煌，张国栋，戴玉林，吴长福，郑锋，
申请(专利权)人：莆田学院附属医院莆田市第二医院，
类型：发明
国别省市：福建,35