计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法技术

本发明专利技术属于骨外科截骨矫形器领域，尤其涉及计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法，包括以下步骤：采集双侧骨骼数据，建立双侧骨骼三维模型；若患者有健侧肢体，则以健侧镜像模型作为参照，确定截骨角度及截骨位置，对患侧进行矫形、固定；若患者没有可参照的健侧肢体，则根据正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，从而得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，完成矫形和固定；结合截骨位置、内植物钢板位置等制作导板。本发明专利技术的有益效果：应用导板截骨矫形固定一步到位，实现即时矫正，无需术中透视，减少患者及医生的辐射伤害的同时缩短手术时间，降低了出血及麻醉意外等风险，简化骨科截骨矫形手术的操作，提高手术精准度。

Computer aided design department of orthopedics osteotomy, orthopedics and fixation integrated guide plate and manufacturing method

The invention belongs to the field of surgical bone osteotomy orthosis, especially relates to computer aided design of Department of orthopedics osteotomy guide plate and fixed integration method, which comprises the following steps: collecting data to establish three-dimensional model of bilateral bone, bilateral bone; if the patients have the contralateral limb, the contralateral mirror model as a reference to determine the angle of osteotomy and osteotomy position for orthopedic fixation on the ipsilateral and contralateral limbs; if patients do not have the reference, according to the normal structure and function parameters to complete the ipsilateral osteotomy, and then corrected the angle and the corresponding angle of osteotomy, and complete orthopedic fixation; osteotomy combined with location, within the plant plate position etc. plate making. The invention has the advantages that the application of plate osteotomy and fixed step, realize real-time correction, without intraoperative fluoroscopy, reduce the radiation damage of patients and doctors and shorten operation time, reduce bleeding and anesthetic accident risk, simplify the Department of orthopedics osteotomy operation, improve the operation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法
本专利技术属于骨外科截骨矫形器材领域，尤其涉及计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法。
技术介绍
随着计算机辅助骨科的日益兴起，3D打印辅助骨科精准手术技术也逐渐增多，这项技术重要应用于骨折畸形愈合、先天性骨畸形或发育不良、关节置换等方面，当一侧骨与关节结构或功能异常时，我们可以根据健侧作为参照，对患侧进行矫正，但对于截骨的角度和方向要求很严格，截骨的角度不够精准将直接影响肢体的力线或关节功能的恢复，甚至导致整个截骨矫形手术的失败，因此，精确的截骨角度尤为重要。传统方法的截骨矫形手术只是外科医生根据术前CT和平片，经验性的截骨矫形，只是大致截骨方位和力线正确，但缺乏明确的复位标准而且精准度不高，往往术后的截骨矫形都存在一定的偏差，以转子下截骨矫形为例，仅仅依靠二维透视，股骨前倾角、颈干角、偏心距以及股骨长度的恢复情况并不乐观，术中没有一个量化截骨角度，有学者应用3D打印技术，在术前将畸形股骨打印出来，在模型上先行模拟手术，选择更合适的内固定器材，以提高手术的精准度，但此方法并没有克服术中应用二维透视评估矫形情况的弊端。
技术实现思路
为要解决传统手术技术中截骨量无法精确测量及矫形空间角度不可控，同时术中X线暴露次数多等问题，本专利技术提供计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板及制作方法，本方法是以健侧或正常结构和功能参数作为标准，当患者有健侧肢体，则可以利用健侧进行镜像生成镜像模型，然后用患侧和健侧镜像模型进行匹配，则得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，术中可不必透视，即可完成精准结构和功能的修复；当患者没有可参照的健侧肢体，则可根据人体的正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，进而制作出手术导板，完成精准结构和功能的修复。本专利技术不仅实现了精准的截骨矫形、缩短了手术时间和降低了患者手术风险，而且减少了患者及手术医生的辐射曝光时间，是一种值得精准骨科手术领域进一步推广的先进技术方法。本专利技术的技术方案：计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；步骤5、用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板优选地，还包括步骤9、应用导板进行手术模拟。优选地，所述步骤2中根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数具体步骤：若一侧骨骼发育正常无畸形，另一侧骨骼存在不同程度的畸形，则将健侧进行镜像，再与患侧进行匹配，以健侧为矫形标准，测量患侧畸形参数；若两侧均有不同程度畸形，则在保证骨与关节的功能结构正常及避免术后并发症发生的前提下，以骨与关节解剖结构参数为标准；优选地，所述步骤4中对原患侧模型进行截骨不仅可实现单平面畸形截骨,也可进行多平面畸形截骨,同时也适用于楔形闭合矫形以及楔形撑开矫形多种截骨矫形术。优选地，所述步骤5中用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数包括以下步骤：步骤A、在软件中导入锁定钢板并根据钢板上螺钉的方向确定钢板放置的位置；步骤B、测量锁定钢板上各螺钉的长度；步骤C、测量闭合截骨量截骨矫形后截骨位置骨缺损的体积优选地，所述步骤6中利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配，具体为截骨后模型被分为近端和远端两部分，为保证实际操作手术中锁定钢板植入位置与计算机辅助模拟植入固定的位置相同，则使用克氏针分别对两部分钢板内螺钉的位置进行标记，每部分至少保留两颗克氏针，所保留克氏针以空间方向平行为优先。优选地，所述步骤7中将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到矫形前原患侧模型形态，具体为将矫形后模型恢复原患侧模型形态时，用以标记锁定钢板螺钉位置的克氏针也随之一同发生移动，即为后续导板制作时提供锁定钢板准确的植入位置。优选地，所述步骤8中根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板，具体为导板要与畸形位置完全匹配贴附，以保证实际手术与仿真模拟手术的一致性；导板预留截骨刀口位置需满足刀片宽度的1.1-1.3倍以及刀片厚度的1.4-1.6倍；导板预留克氏针导向口直径要满足应用克氏针的1.1-1.3倍；同时导板刀口以及克氏针导向口要有足够的深度，深度为6mm-20mm，保证方向。优选地，所述步骤9中应用导板进行手术模拟,具体为将导板与3D打印的患侧模型进行匹配用以确定导板放置位置；根据克氏针导向口打入克氏针完全固定导板，刀口位置角度进行截骨，截骨后取下导板，将锁定钢板按照克氏针位置固定在骨骼模型上，此时锁定板已起到矫形的作用；最终根据测量的骨缺损体积植入骨块，再根据测量的螺钉长度尺寸选择螺钉，并固定锁定钢板。计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板，其特征在于包括导板本体，所述导板本体与患者畸形截骨部位完全贴服，所述导板本体设置截骨刀口和克氏针导向口，所述克氏针导向口固定所述导板本体位置的同时指导锁定钢板的位置。本专利技术有益效果是：制作方法设计合理，易于实现，本方法是以健侧或正常结构和功能参数作为标准，当患者有健侧肢体，则可以利用健侧进行镜像生成镜像模型，然后用患侧和健侧镜像模型进行匹配，则得到需要纠正的角度和相应的截骨角度，制作出手术导板，术中可不必透视，即可完成精准结构和功能的修复；当患者没有可参照的健侧肢体，则可根据人体的正常结构和功能参数来完成患侧的截骨矫形，进而制作出手术导板，完成精准结构和功能的修复。本方法不仅实现了精准的截骨矫形、缩短了手术时间和降低了患者手术风险，而且减少了患者及手术医生的辐射曝光时间，是一种值得精准骨科手术领域进一步推广的先进技术方法。附图说明图1是本专利技术实施例1中通过三维重建软件建立双侧股骨三维模型示意图；图2是本专利技术实施例1中健侧镜像模型与原患侧股骨模型配准示意图；图3是本专利技术实施例1中测量患者股骨解剖结构参数示意图之一；图4是本专利技术实施例1中测量患者股骨解剖结构参数示意图之二；图5是本专利技术实施例1中根据测量的畸形结构参数截骨矫形后模型示意图；图6是本专利技术实施例1中克氏针与锁定钢板、螺钉位置匹配示意图；图7是本专利技术实施例1中矫形后模型和克氏针融合一体模型示意图；图8是本专利技术实施例1中矫形后模型恢复原患侧模型状态示意图；图9是本专利技术实施例1中导板设本文档来自技高网...

【技术保护点】
计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；步骤5、用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板。

【技术特征摘要】
1.计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、采集患者双侧畸形部位断层扫描CT数据，以DICOM图像格式进行存储，通过三维重建软件建立畸形侧三维模型和健侧对应部位的模型，并将健侧模型进行镜像，生成健侧镜像模型，以下截骨前患侧模型统称为原患侧模型；步骤2、根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数；步骤3、参照原患侧及健侧镜像对比，计算原患侧模型畸形参数，最终确定截骨角度及截骨位置；步骤4、对原患侧模型进行截骨，再以健侧镜像模型作为参照，对截骨后模型进行矫形，称为矫形后模型；步骤5、用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数；步骤6、利用合理尺寸的克氏针模型与固定到矫形后模型上的螺钉进行位置匹配；步骤7、将矫形后模型与克氏针融合为一体，并恢复到原患侧模型形态；步骤8、根据原患侧模型手术入路侧表面形态，结合截骨位置、截骨角度、克氏针位置和角度设计制作手术导板。2.根据权利要求1所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于还包括步骤9、应用导板进行手术模拟。3.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤2中根据人体解剖结构在三维模型上测量患者原患侧模型和健侧镜像模型解剖结构参数具体步骤：若一侧骨骼发育正常无畸形，另一侧骨骼存在不同程度的畸形，则将健侧进行镜像，再与患侧进行匹配，以健侧为矫形标准，测量患侧畸形参数；若两侧均有不同程度畸形，则在保证骨与关节的功能结构正常及避免术后并发症发生的前提下，以骨与关节解剖结构参数为标准。4.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤4中对原患侧模型进行截骨不仅可实现单平面畸形截骨,也可进行多平面畸形截骨,同时也适用于楔形闭合矫形以及楔形撑开矫形多种截骨矫形术。5.根据权利要求1或2所述的计算机辅助设计骨科截骨矫形固定一体化导板的制作方法，其特征在于所述步骤5中用手术中使用的锁定钢板和螺钉模型模拟植入并与矫形后模型贴附，确定钢板及螺钉固定位置,同时测量矫形后模型结构参数包括以下步骤：步骤A、在软件中导入锁定钢板并根据钢板上螺钉的方向确...

【专利技术属性】
技术研发人员：马信龙，马剑雄，王颖，孙磊，卢斌，王岩，赵兴文，李飞，范峥睿，韩彪，柏豪豪，姜轩，田爱现，董本超，
申请(专利权)人：天津市天津医院，
类型：发明
国别省市：天津,12