一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器及其制备方法，属于关节镜外科手术技术领域。该定位器根据患者术前CT和MRI数据个性化设计、由3D打印机快速打印成型，可通过关节镜微创手术切口精确定位前交叉韧带胫骨隧道。该定位器包括骨贴合部分、开槽定位管和槽盖：骨贴合部分采用胫骨结节和胫骨内侧面接触贴合定位设计，定位管的定位点根据患者术前三维重建数据个性化设计，定位管侧方有槽口方便克氏针打入后定位器的取出，挡板与定位器槽口契合可降低克氏针打入误差。本发明专利技术个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器结构简明新颖，适用于个性化前交叉韧带重建术、前交叉韧带翻修术。

A 3D Printing Personalized Tibial Tunnel Locator for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器及其制备方法
本专利技术属于关节镜外科手术
，具体涉及一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器及其制备方法。
技术介绍
前交叉韧带（anteriorcruciateligament，ACL）损伤是一种常见的运动损伤，损伤后会导致膝关节不稳，并且常伴有半月板及关节软骨损伤，晚期会导致创伤性关节炎，加速关节退变，影响患者生活质量。关节镜下ACL重建是恢复膝关节功能的最佳选择。只有在接近ACL实际解剖位置的重建，才能大限度地恢复膝关节的解剖结构和功能。ACL解剖重建是根据ACL解剖特点进行功能重建，从而恢复ACL原有尺寸、韧带胶原纤维走行方向和止点位置。根据FreddieH.Fu等学者的经验与理论，准确的骨隧道定位是ACL解剖重建最重要的技术难点。3D打印定位器在脊柱外科椎弓根钉定位上已有广泛的应用，极大的提高了定位的准确性并降低了手术难度。我们前期已在ACL三维模型及虚拟手术方面做了大量的研究，研发了一种3D打印个性化前交叉韧带重建股骨隧道定位器，并已成功应用于临床手术，使关节镜下ACL重建手术中股骨隧道定位的准确性明显增高，但我们发现目前尚缺少一种精准量化定位胫骨隧道的装置，从而研制出了一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器，以适用于个性化前交叉韧带重建术、前交叉韧带翻修术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于ACL损伤患者的3D打印的个性化前交叉韧带重建的胫骨隧道定位器及其制备方法，该定位器适用于个性化前交叉韧带重建术、前交叉韧带翻修术。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器的制备方法，包括如下步骤：步骤（1），术前对患者行膝关节伸直位CT和MRI，之后用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带和软骨，并将重建后的骨骼与前交叉韧带和软骨匹配，重建出双膝关节三维数字化模型；步骤（2），在步骤（1）得到的膝关节三维数字化模型中，选择健侧膝关节ACL股骨足印区中心镜像匹配后，以胫骨足印区中心点作为胫骨隧道定位点，经胫骨取腱切口过胫骨隧道定位点模拟重建胫骨隧道，用圆柱1标记；步骤（3），复制患侧膝关节胫骨模型，对复制的患侧膝关节胫骨模型向胫骨远端、前侧移动，并与原患侧膝关节胫骨模型经布尔算法-消减得到胫骨包壳；切割胫骨包壳使其能包绕胫骨结节及圆柱1，形成定位器的骨贴合部；设置圆柱1的同轴心圆柱圆柱2，圆柱2的半径大于圆柱1的半径；之后采用布尔算法-消减，得到定位管；在定位管上开槽，切割角度为90°，90°槽口朝向正下方；切割下来的90°部分为槽盖，剩下的270°部分为开槽定位管；开槽定位管与骨贴合部分采用布尔算法-联合生成联合体1，与槽盖接合得前交叉韧带胫骨定位器模型；将前交叉韧带胫骨定位器模型导出为STL文件；步骤（4），将步骤（3）得到的前交叉韧带胫骨定位器模型的STL文件导入Cura分层软件，调整角度、支撑和打印参数后，导出为G-code格式，之后使用3D打印机打印，去支撑结构后，得到个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器。本领域技术人员应该知晓，90°槽口朝向正下方意味着，该槽口的中心线（即45°所在位置）与水平面垂直。进一步，优选的是，MRI为1.5T或3.0T核磁共振，矢状位扫描；扫描参数：重复时间1300ms，回波时间32ms；层厚0.5mm；层间距0.47mm；回波链14；激励2次；矩阵280/299；视域140。进一步，优选的是，CT为64排CT，冠状位扫描，层厚0.1mm。进一步，优选的是，步骤（1）中将CT和MRI别导入Mimics17.0交互式医学图像处理软件，用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带和软骨，之后将重建后的骨骼与前交叉韧带和软骨匹配。进一步，优选的是，圆柱1的半径为1.5mm，长度为150mm；圆柱2的半径为3.5mm，长度为50mm。进一步，优选的是步骤（3）中，对复制的患侧膝关节胫骨模型向胫骨远端、前侧移动时，向远端、前侧各移动2mm；切割时，使其能包绕胫骨结节及圆柱1，外侧界至胫骨前外侧嵴并有2mm纵深，上界沿髌韧带边缘切割，内侧界至圆柱1，下界至胫骨结节下缘。进一步，优选的是，步骤（4）中，角度调整为股贴合面朝下；支撑调整为全支撑；打印参数为壁厚1.2mm，填充15%。进一步，优选的是，采用PLA材料打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器经低温等离子消毒后备术中用。本专利技术同时提供上述3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器的制备方法制得的个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器。进一步，优选的是，定位管基底部设有台阶，长度为5mm，外半径4mm，内半径不小于圆柱1的半径，使槽盖可以牢固插入槽口，如图8。本专利技术定位器中在定位管侧方开槽，是为了便于取出克氏针；同时，开槽定位管与槽盖契合，便于克氏针打入，以及打入后可分开取出槽盖和定位器。本专利技术定位器中定位器骨贴合部分的设计，便于通过肌腱取出微创切口，并牢靠贴合于胫骨结节。本专利技术个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器，主要包括骨贴合部、开槽定位管和槽盖，如图8所示，优选还包括台阶；骨贴合部牢靠贴合于胫骨结节（根据每位患者骨性特征不同会有变化），贴合面根据患者术前CT三维重建数据个性化设计，采用胫骨结节和胫骨内侧面作为贴合面；开槽定位管外径为7mm，内径为3mm，开槽角度为90°，根据患者MRI三维重建数据中膝关节ACL胫骨足印区确定定位管的位置。本专利技术隧道定位器的骨面贴合设计理念有益于定位器通过微创手术切口并精确定位和牢靠固定；在具体实施中，采用患者健侧膝关节的MRI数字化三维模型为基准测量ACL胫骨止点位置，然后术中使用本专利技术定位器依据患者自身健侧膝关节数据进行患侧膝关节ACL胫骨隧道定位。本专利技术定位器为陈旧性ACL损伤的个性化重建提供了一种新工具。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：现有ACL重建手术技术对于原止点不清的陈旧性ACL损伤无法进行个性化重建，本专利技术的定位器适用于个性化前交叉韧带重建术、前交叉韧带翻修术，并可适用于后交叉韧带个性化重建手术，适用范围广。同时本专利技术的定位器带有个性化设计的优点，与以往的定位设备相比大大提高的前交叉韧带胫骨隧道定位的精确度，同时也大大提高手术效率。本专利技术的定位器完全在MIMICS软件上完成设计，无需借助其他工程软件，操作简单，无需医学工程师，临床医师即可完成设计，推广性强。现有技术的胫骨隧道定位标准为外侧半月板前角延长线与内侧髁间嵴交点，是依靠手术医师在关节镜下目测，误差较大，且易受手术医师技术和经验的影响。与现有技术相比，3D打印胫骨隧道定位器能够给出量化数据的效果，减小手术医师技术和经验对定位准确性的影响，使青年医师及经验较少的医师同样能完成高质量的ACL重建术。附图说明图1在Mimics17.0上建立膝关节三维数字化模型；图2模拟重建胫骨隧道，用“Cylinder1”标记；图3Duplicate胫骨外侧髁模型向前下内各移动Move2mm；图4Boolean-Minus得到胫骨外侧髁包壳；图5依据“Cylinder1”的位置切割Simulation-Cut包壳形成定位器骨贴合部；图6复制Cylinder1（圆柱1，半径1.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1），术前对患者行膝关节伸直位CT和MRI，之后用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带和软骨，并将重建后的骨骼与前交叉韧带和软骨匹配，重建出双膝关节三维数字化模型；步骤（2），在步骤（1）得到的膝关节三维数字化模型中，选择健侧膝关节ACL股骨足印区中心镜像匹配后，以胫骨足印区中心点作为胫骨隧道定位点，经胫骨取腱切口过胫骨隧道定位点模拟重建胫骨隧道，用圆柱1标记；步骤（3），复制患侧膝关节胫骨模型，对复制的患侧膝关节胫骨模型向胫骨远端、前侧移动，并与原患侧膝关节胫骨模型经布尔算法‑消减得到胫骨包壳；切割胫骨包壳使其能包绕胫骨结节及圆柱1，形成定位器的骨贴合部；设置圆柱1的同轴心圆柱圆柱2，圆柱2的半径大于圆柱1的半径；之后采用布尔算法‑消减，得到定位管；在定位管上开槽，切割角度为90°，90°槽口朝向正下方；切割下来的90°部分为槽盖，剩下的270°部分为开槽定位管；开槽定位管与骨贴合部分采用布尔算法‑联合生成联合体1，与槽盖接合得前交叉韧带胫骨定位器模型；将前交叉韧带胫骨定位器模型导出为STL文件；步骤（4），将步骤（3）得到的前交叉韧带胫骨定位器模型的STL文件导入Cura分层软件，调整角度、支撑和打印参数后，导出为G‑code格式，之后使用3D打印机打印，去支撑结构后，得到个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1），术前对患者行膝关节伸直位CT和MRI，之后用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带和软骨，并将重建后的骨骼与前交叉韧带和软骨匹配，重建出双膝关节三维数字化模型；步骤（2），在步骤（1）得到的膝关节三维数字化模型中，选择健侧膝关节ACL股骨足印区中心镜像匹配后，以胫骨足印区中心点作为胫骨隧道定位点，经胫骨取腱切口过胫骨隧道定位点模拟重建胫骨隧道，用圆柱1标记；步骤（3），复制患侧膝关节胫骨模型，对复制的患侧膝关节胫骨模型向胫骨远端、前侧移动，并与原患侧膝关节胫骨模型经布尔算法-消减得到胫骨包壳；切割胫骨包壳使其能包绕胫骨结节及圆柱1，形成定位器的骨贴合部；设置圆柱1的同轴心圆柱圆柱2，圆柱2的半径大于圆柱1的半径；之后采用布尔算法-消减，得到定位管；在定位管上开槽，切割角度为90°，90°槽口朝向正下方；切割下来的90°部分为槽盖，剩下的270°部分为开槽定位管；开槽定位管与骨贴合部分采用布尔算法-联合生成联合体1，与槽盖接合得前交叉韧带胫骨定位器模型；将前交叉韧带胫骨定位器模型导出为STL文件；步骤（4），将步骤（3）得到的前交叉韧带胫骨定位器模型的STL文件导入Cura分层软件，调整角度、支撑和打印参数后，导出为G-code格式，之后使用3D打印机打印，去支撑结构后，得到个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器。2.根据权利要求1所述的3D打印个性化前交叉韧带重建胫骨隧道定位器的制备方法，其特征在于，MRI为1.5T或3.0T核磁共振，矢状位扫描；扫描参数：重复时间1300ms，回波时间32ms；层厚0.5mm；层间距0.47mm；回波链14；激励2次；矩阵280/299；视域140。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦林，余洋，韩睿，何川，王国梁，蔡国锋，
申请(专利权)人：昆明医科大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：云南,53