一种3D打印个性化ACL重建胫骨隧道定位器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印个性化ACL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及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、开槽定位孔、手持部分：骨贴合部分采用前交叉韧带胫骨止点侧骨面及胫骨隧道外口胫骨面接触贴合定位设计，定位孔的定位点根据患者术前三维重建数据个性化设计，定位孔侧方有槽口方便克氏针打入后定位器的取出。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。前交叉韧带翻修术。前交叉韧带翻修术。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印个性化ACL重建胫骨隧道定位器及其制备方法


[0001]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

[0002]前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂是运动医学领域中常见损伤。随着人们参与各类运动频次的增加，发病率呈逐年增高的趋势。ACL断裂后若采取长期非手术治疗会出现如膝关节不稳、膝关节骨关节炎等并发症，影响患者生活质量。而在ACL断裂后早期即接受手术治疗则会获得较好的疗效。当前，关节镜下ACL重建术已成为治疗ACL断裂的主要方式。
[0003]随着精准医疗的提出，全球运动医学学者开始探寻ACL精准重建的方法，ACL断裂后重建已从等长重建变为解剖重建。生物力学研究表明，解剖重建可使膝关节旋转稳定性恢复接近正常，一些临床研究也证实与传统等长重建相比，解剖重建可获得更好的疗效。但在不同患者之间，因发育情况不一而导致ACL止点定位存在一定差异，即使由经验丰富的术者行ACL解剖重建术，也仍有约13％的失败率。其中，骨隧道位置偏差或错误是导致ACL重建失败的关键因素之一，准确的骨隧道定位是ACL解剖重建最重要的技术难点。
[0004]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胫骨隧道定位器，并已成功应用于临床手术，使关节镜下ACL重建手术中胫骨隧道定位的准确性明显增高。目前尚无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

[0005]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ACL重建术、ACL翻修术。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种3D打印个性化ACL重建胫骨隧道定位器的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1：术前对患者行双膝关节伸直位CT和MRI扫描，之后在Mimics19.0软件中用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带，并将重建后的骨骼与前交叉韧带匹配，重建出双膝关节三维数字化模型；
[0009]S2：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胫骨足印区中心镜像匹配后，以足印区中心点作为胫骨隧道定位点；
[0010]S3：参考获取移植肌腱(股薄肌、半腱肌)时所切取的斜形切口来设计胫骨隧道的入点将患侧膝关节胫骨模型导入Materialise Magics 21.0软件中，通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝1.5mm，h＝120mm)，用“导针1”标记，胫骨隧道
导针出点是固定的，调整导针入点位置来确定胫骨隧道角度及长度；通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝3.5mm，h＝50mm)，用“导管1”标记。同时选中“导针1”和“导管1”，点击“POSITION”中的“Alignment”，在跳出的对话框中点击“Add Constraint...”，在“Add Constraint”对话框中“First Entity(on moving part)”下拉列表中选择“Circle”后点击“导管1”零件的圆形截面，后在“Second Entity”下拉列表中选择“Circle”后点击“导针2”的圆形截面，然后在“Relation”下拉列表中选择“Coincident”，最后点击“OK”完成对“导管1”空间位置的调整，再通过“TOOLS”中的“Translate”将其平移至理想位置，并存储为STL格式文件；
[0011]将“导管1”导入Mimics Research 19.0中，选中胫骨模型，单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Cut Orthogonal to Screen”命令，围绕“导管1”勾画出贴骨面，并命名为“胫骨贴”，后存储为STL格式文件；将“胫骨贴”导入Geomagic Studio 2015中，通过“Select
”→“
Selecton Mode
”→“
Select Visible Only”途径，将“胫骨贴”模型中“导管1”与胫骨模型在胫骨前内侧的相交面选中，后单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Reverse Selection”，后将选中部分删除；单击“Polygons”中的“Shell”功能，在左侧对话框中“Thickness”设定厚度为4.0mm，单击“OK”完成抽壳，将其命名为“胫骨贴壳”后存储为STL格式文件；术中定位时，因不可将定位器与胫骨贴合面的骨膜等软组织全部剥离，因此须考虑骨膜等软组织厚度，在Mimics Research 19.0中，选中胫骨模型，单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Cut Orthogonal to Screen”命令，围绕“胫骨贴”外围再勾画出新的贴骨面，将其命名为“胫骨贴减”后存储为STL格式文件；将“胫骨贴减”导入Geomagic Studio 2015中，通过“Select
”→“
Selecton Mode
”→“
Select Visible Only”途径，将“胫骨贴减”模型中“导管1”与胫骨模型在胫骨前内侧的相交面选中，后单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Reverse Selection”，后将选中部分删除；单击“Polygons”中的“Shell”功能，在左侧对话框中“Thickness”设定厚度为1.5mm，单击“OK”完成抽壳，将其命名为“胫骨贴减壳”后存储为STL格式文件；
[0012]在Materialise Magics 21.0中，通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝4.0mm，h＝15mm)，用“导管2”标记；同时选中“导针1”和“导管2”，点击“POSITION”中的“Alignment”，在跳出的对话框中点击“Add Constraint...”，在“Add Constraint”对话框中“First Entity(on moving part)”下拉列表中选择“Circle”后点击“导管2”零件的圆形截面，后在“Second Entity”下拉列表中选择“Circle”后点击“导针1”的圆形截面，然后在“Relation”下拉列表中选择“Coincident”，最后点击“OK”，完成对“导管2”空间位置的调整；再通过“TOOLS”中的“Translate”将其平移至与胫骨模型相交，相交深度约1
‑
2mm，后存储为STL格式文件；将“导管2”及胫骨模型同时选中，通过“TOOLS”中的“Boolean”命令，减去胫骨模型，再通过“FIX”中的“Fix Wizard”命令对进行布尔运算后的模型做诊断、修复；因考虑到关节腔内断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印个性化ACL重建胫骨隧道定位器的制备方法，包括如下步骤：S1：术前对患者行双膝关节伸直位CT和MRI扫描，之后在Mimics19.0软件中用CT数据重建骨骼，用MRI数据重建前交叉韧带，并将重建后的骨骼与前交叉韧带匹配，重建出双膝关节三维数字化模型；S2：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胫骨足印区中心镜像匹配后，以足印区中心点作为胫骨隧道定位点；S3：参考获取移植肌腱(股薄肌、半腱肌)时所切取的斜形切口来设计胫骨隧道的入点将患侧膝关节胫骨模型导入Materialise Magics 21.0软件中，通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝1.5mm，h＝120mm)，用“导针1”标记，胫骨隧道导针出点是固定的，调整导针入点位置来确定胫骨隧道角度及长度；通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝3.5mm，h＝50mm)，用“导管1”标记；同时选中“导针1”和“导管1”，点击“POSITION”中的“Alignment”，在跳出的对话框中点击“Add Constraint...”，在“Add Constraint”对话框中“First Entity(on moving part)”下拉列表中选择“Circle”后点击“导管1”零件的圆形截面，后在“Second Entity”下拉列表中选择“Circle”后点击“导针2”的圆形截面，然后在“Relation”下拉列表中选择“Coincident”，最后点击“OK”完成对“导管1”空间位置的调整，再通过“TOOLS”中的“Translate”将其平移至理想位置，并存储为STL格式文件；将“导管1”导入Mimics Research 19.0中，选中胫骨模型，单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Cut Orthogonal to Screen”命令，围绕“导管1”勾画出贴骨面(见图2
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9a)，并命名为“胫骨贴”，后存储为STL格式文件；将“胫骨贴”导入Geomagic Studio 2015中，通过“Select
”→“
Selecton Mode
”→“
Select Visible Only”途径，将“胫骨贴”模型中“导管1”与胫骨模型在胫骨前内侧的相交面选中，后单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Reverse Selection”，后将选中部分删除；单击“Polygons”中的“Shell”功能，在左侧对话框中“Thickness”设定厚度为4.0mm，单击“OK”完成抽壳，将其命名为“胫骨贴壳”后存储为STL格式文件；术中定位时，因不可将定位器与胫骨贴合面的骨膜等软组织全部剥离，因此须考虑骨膜等软组织厚度，在Mimics Research 19.0中，选中胫骨模型，单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Cut Orthogonal to Screen”命令，围绕“胫骨贴”外围再勾画出新的贴骨面，将其命名为“胫骨贴减”后存储为STL格式文件；将“胫骨贴减”导入Geomagic Studio 2015中，通过“Select
”→“
Selecton Mode
”→“
Select Visible Only”途径，将“胫骨贴减”模型中“导管1”与胫骨模型在胫骨前内侧的相交面选中，后单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“Reverse Selection”，后将选中部分删除；单击“Polygons”中的“Shell”功能，在左侧对话框中“Thickness”设定厚度为1.5mm，单击“OK”完成抽壳，将其命名为“胫骨贴减壳”后存储为STL格式文件；在Materialise Magics 21.0中，通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝4.0mm，h＝15mm)，用“导管2”标记；同时选中“导针1”和“导管2”，点击“POSITION”中的“Alignment”，在跳出的对话框中点击“Add Constraint...”，在“Add Constraint”对话框中“First Entity(on moving part)”下拉列表中选择“Circle”后点击“导管2”零件的圆形截面，后在“Second Entity”下拉列表中选择“Circle”后点击“导针1”的圆形截面，然后在“Relation”下拉列表中选择“Coincident”，最后点击“OK”，完成对“导管2”空间位置的
调整；再通过“TOOLS”中的“Translate”将其平移至与胫骨模型相交，相交深度约1
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2mm(见图2
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10a)，后存储为STL格式文件；将“导管2”及胫骨模型同时选中，通过“TOOLS”中的“Boolean”命令，减去胫骨模型，再通过“FIX”中的“Fix Wizard”命令对进行布尔运算后的模型做诊断、修复；因考虑到关节腔内断裂的前交叉韧带在胫骨止点常存在残端组织，因此需将该模型再通过“TOOLS”中的“Translate”将其平移至远离胫骨平台ACL止点1.5
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2mm的位置，后将该模型命名为“关节内管”，并以STL格式保存；通过“TOOLS”中的“Create”命令创建2个“Torus”零件(Torus：r1＝50mm，r2＝3.3mm；Torus_1：r1＝70mm，r2＝3.3mm)，将“Torus”命名为“胫骨上环”，“Torus_1”命名为“胫骨下环”；分别对“胫骨上环”和“胫骨下环”通过“TOOLS”中的“Translate”及“Rotate”进行平移、旋转，使两个圆环零件呈上下分布且与“导针1”长轴平行；随后，通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝2.5mm，h＝20mm)，用“导管3”标记，同时选中“导针1”和“导管3”，点击“POSITION”中的“Alignment”，在跳出的对话框中点击“Add Constraint...”，在“Add Constraint”对话框中“First Entity(on moving part)”下拉列表中选择“Circle”后点击“导管3”零件的圆形截面，后在“Second Entity”下拉列表中选择“Circle”后点击“导针1”的圆形截面，然后在“Relation”下拉列表中选择“Coincident”，最后点击“OK”，完成对“导管3”空间位置的调整，后存储为STL格式文件；通过“TOOLS”中的“Create”命令创建一个“Cylinder”零件(r＝3.3mm，h＝80mm)，用“胫骨连接”标记，通过“TOOLS”中的“Translate”及“Rotate”进行平移、旋转，使其与“胫骨上环”和“胫骨下环”分别相接；隐藏胫骨模型，选中“胫骨上环”，点击通过“TO...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦林，刘德建，余洋，杨贤光，贾笛，
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：