CN110151281B - 一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，包括如下步骤：步骤一：通过CBCT扫描患者头颅，获取患者上下颌骨硬组织的DICOM数据；步骤二：利用开放医学影像软件MIMICS完成髁突骨折虚拟复位手术，解剖复位骨折游离端，并设计固位螺钉的方向和深度；步骤三：利用逆向工程软件，设计手术导板；步骤四：通过3D打印机将设计好的手术导板3D模型打印出来。本发明通过结合CBCT三维影像，并通过计算机模拟复位手术，设计长螺钉的固位方向和深度，再利用3D打印技术制作手术导板，既能有效实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率，还能有效降低手术成本，便于该技术在临床的应用推广。

Description

一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法
技术领域
本发明涉及手术导板技术领域，具体的涉及一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法。
背景技术
交通意外或摔倒造成的下颌骨髁突骨折在临床上非常常见，髁突矢状位骨折作为髁突骨折最常见的类型，由于骨折游离端体积较小难以固定，大量患者不得不手术摘除游离骨块。针对这一临床难题，近年来采用了单颗长螺钉固位髁突矢状骨折取得了良好的效果，此技术是结合了计算机模虚拟手术和手术导航技术来实现的，极大地提高了手术复位固定的成功率和准确性，取得了良好的临床效果；其中，长螺钉的固位方向和深度是该手术成功的关键，但由于导航***在基层医院普及程度不高，使用成本较大，无法有效地将该技术在基层医院中进行临床的应用和推广，因此，急需一种不依赖导航***但能保证手术效果的新技术。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，通过结合CBCT三维影像，对数据进行分析，并通过计算机模拟复位手术，设计长螺钉的固位方向和深度，再利用3D打印技术制作手术导板，既能有效实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率，还能有效降低手术成本，便于该技术在临床的应用推广。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，包括如下步骤：
步骤一：通过CBCT扫描患者头颅的三维影像，扫描参数为110kVp、0.7mA、3.6s，获取患者上下颌骨硬组织的DICOM数据；
步骤二：利用开放医学影像软件MIMICS完成髁突骨折虚拟复位手术，解剖复位骨折游离端，并设计固位螺钉的方向和深度，具体为：
A、将DICOM数据输入输入MIMICS软件，通过3D重建模型分别进行髁突游离体和下颌骨建模；
B、手动调整游离***置，直至与下颌骨骨折断端完美复合，并分别在冠状位，轴位，矢状位进一步确认达到解剖复位；
C、在冠状位上选取复位后髁突内外径最大的层面，并进行标点划线分析，取髁突最内端标记为A点，取下颌骨骨折断端的最上点和最下点分别标记为B，C点，取BC连线的中点为D点，取AD连线即为固位螺钉的方向，取AD延长线与髁突外侧面交点为E点，将E点做为固位螺钉的钻孔位置，测量AE两点距离，取不超过AE两点之间距离的最近值为固位螺钉的长度；
D、在3D重建模型上设计螺钉钻孔位置，角度和方向，并在冠状位，轴位，矢状位进一步确认螺钉角度和方向是否与设计相符，再输出stl文件保存；
步骤三：将保存的stl文件输入逆向工程软件Geomagic Studio中，进行手术导板3D模型的设计，其中手术导板通过导向杆、支托板和卡臂构成，导向杆固定于支托板顶部中央，且卡臂均匀连接于支托板底部边缘处，所述导向杆为圆柱体，导向杆内部为中空状，且导向杆内部直径与固位钉直径相等，所述支托板为圆盘结构，且支托板厚度为1mm，所述卡臂为倒锥形结构，基底到尖端逐渐变薄，基底厚度1mm，尖端厚度0.5mm；
步骤四：将条状聚乳酸材料注入3D打印机料筒中，通过3D打印机将设计好的手术导板3D模型打印出来，得到完整的手术导板。
具体地，步骤三中所述导向杆厚度为1mm，长度为10mm。
具体地，步骤三中所述支托板边缘尺寸小于髁突上缘、前缘和后缘尺寸，且支托板边缘尺寸距髁突上缘、前缘和后缘大于3mm。
具体地，步骤三中所述卡臂为弹性结构，长度不小于3mm，且卡臂设有3～5个。
3.有益效果
(1)本发明通过结合CBCT三维影像，获取患者上下颌骨硬组织数据，并对数据进行分析，有效根据患者的骨折情况制定相应的虚拟复位手术，从而有效设计适用于该患者的固位螺钉，以应对不同患者不同状态下的髁突骨折情况；
(2)本发明通过在冠状位上选取复位后髁突内外径最大的层面，并进行标点划线分析，有效根据下颌骨骨折断端位置以及角度进行分析，有效保证固位螺钉的使用角度满足手术需求，从而有效提高手术复位固定的成功率和准确性，提高手术效率；
(3)本发明通过设计的固位螺钉，采用逆向工程软件生成手术导板数据模型，有效使得生成的手术导板数据模型适用于相应患者手术中对固位螺钉的配合使用，从而通过手术导板限定长螺钉的固位方向和深度，实现对手术的精确控制，降低手术风险；
(4)本发明通过3D打印机将手术导板数据模型制备实际的手术导板，有效避免基层医院中导航***缺失情况下的手术隐患，降低该技术的实施成本，便于该技术在基层医院中进行临床应用推广。
综上，本发明所提供的一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，通过结合CBCT三维影像，对数据进行分析，并通过计算机模拟复位手术，设计长螺钉的固位方向和深度，再利用3D打印技术制作手术导板，既能有效实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率的，还能有效降低手术成本，便于该技术在基层医院中进行临床应用推广。
附图说明：
图1为冠状位髁突内外径最大的层面测量分析图；
图2是手术导板结构示意图；
图3是手术导板固定于髁骨外侧面的侧视结构示意图；
图4是手术导板固定于髁骨外侧面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1-4和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，包括如下步骤：
步骤一：通过CBCT扫描患者头颅的三维影像，扫描参数为110kVp、0.7mA、3.6s，获取患者上下颌骨硬组织的DICOM数据；
步骤二：利用开放医学影像软件MIMICS完成髁突骨折虚拟复位手术，解剖复位骨折游离端，并设计固位螺钉的方向和深度，具体为：
A、将DICOM数据输入输入MIMICS软件，通过3D重建模型分别进行髁突游离体和下颌骨建模；
B、手动调整游离***置，直至与下颌骨骨折断端完美复合，并分别在冠状位，轴位，矢状位进一步确认达到解剖复位；
C、在冠状位上选取复位后髁突内外径最大的层面，并进行标点划线分析，取髁突最内端标记为A点，取下颌骨骨折断端的最上点和最下点分别标记为B，C点，取BC连线的中点为D点，取AD连线即为固位螺钉的方向，取AD延长线与髁突外侧面交点为E点，将E点做为固位螺钉的钻孔位置，测量AE两点距离，取不超过AE两点之间距离的最近值为固位螺钉的长度；
D、在3D重建模型上设计螺钉钻孔位置，角度和方向，并在冠状位，轴位，矢状位进一步确认螺钉角度和方向是否与设计相符，再输出stl文件保存；
步骤三：将保存的stl文件输入逆向工程软件Geomagic Studio中，进行手术导板3D模型的设计，其中手术导板通过导向杆、支托板和卡臂构成，导向杆固定于支托板顶部中央，且卡臂均匀连接于支托板底部边缘处，导向杆为圆柱体，导向杆内部为中空状，且导向杆内部直径与固位钉直径相等，导向杆厚度为1mm，长度为10mm，支托板为圆盘结构，且支托板厚度为1mm，支托板边缘尺寸小于髁突上缘、前缘和后缘尺寸，且支托板边缘尺寸距髁突上缘、前缘和后缘4mm，卡臂为倒锥形结构，基底到尖端逐渐变薄，基底厚度1mm，尖端厚度0.5mm，卡臂为弹性结构，长度为4mm，且卡臂设为3个，便于通过3个卡臂将手术导板固定于髁骨侧面，便于限定长螺钉的固位方向和深度，实现对手术的精确控制，从而降低手术风险；
步骤四：将条状聚乳酸材料注入3D打印机料筒中，通过3D打印机将设计好的手术导板3D模型打印出来，得到完整的手术导板。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过CBCT扫描患者头颅的三维影像，扫描参数为110kVp、0.7mA、3.6s，获取患者上下颌骨硬组织的DICOM数据；
步骤二：利用开放医学影像软件MIMICS完成髁突骨折虚拟复位手术，解剖复位骨折游离端，并设计固位螺钉的方向和深度，具体为：
A、将DICOM数据输入MIMICS软件，通过3D重建模型分别进行髁突游离体和下颌骨建模；
B、手动调整游离***置，直至与下颌骨骨折断端完美复合，并分别在冠状位，轴位，矢状位进一步确认达到解剖复位；
C、在冠状位上选取复位后髁突内外径最大的层面，并进行标点划线分析，取髁突最内端标记为A点，取下颌骨骨折断端的最上点和最下点分别标记为B，C点，取BC连线的中点为D点，取AD连线即为固位螺钉的方向，取AD延长线与髁突外侧面交点为E点，将E点做为固位螺钉的钻孔位置，测量AE两点距离，取不超过AE两点之间距离的最近值为固位螺钉的长度；
D、在3D重建模型上设计螺钉钻孔位置，角度和方向，并在冠状位，轴位，矢状位进一步确认螺钉角度和方向是否与设计相符，再输出stl文件保存；
步骤三：将保存的stl文件输入逆向工程软件Geomagic Studio中，进行手术导板3D模型的设计，其中手术导板通过导向杆、支托板和卡臂构成，导向杆固定于支托板顶部中央，且卡臂均匀连接于支托板底部边缘处，所述导向杆为圆柱体，导向杆内部为中空状，且导向杆内部直径与固位钉直径相等，所述支托板为圆盘结构，且支托板厚度为1mm，所述卡臂为倒锥形结构，基底到尖端逐渐变薄，基底厚度1mm，尖端厚度0.5mm；
步骤四：将条状聚乳酸材料注入3D打印机料筒中，通过3D打印机将设计好的手术导板3D模型打印出来，得到完整的手术导板。
2.根据权利要求1所述的一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，其特征在于，步骤三中所述导向杆厚度为1mm，长度为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，其特征在于，步骤三中所述支托板边缘尺寸小于髁突上缘、前缘和后缘尺寸，且支托板边缘尺寸距髁突上缘、前缘和后缘大于3mm。
4.根据权利要求1所述的一种髁突骨折钉固位手术导板的数字化制作方法，其特征在于，步骤三中所述卡臂为弹性结构，长度不小于3mm，且卡臂设有3～5个。
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