CN111544079A - 个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，根据下颌骨理想重建形态设计重建手术后的下颌骨模型，设计虚拟的个体化钛板模型，在钛板模型与两侧下颌骨余留骨段模型的对应位置设计下颌骨定位钉道，在钛板模型与各供区骨段的对应位置设计供区骨段定位钉道，设计下颌骨截骨导板模型，设计供区骨截骨塑形导板模型，3D打印制作实体的个体化钛板、下颌骨截骨导板和供区骨截骨塑形导板。本发明更加有利于实现个体化导板***与患者下颌骨之间的精确定位，优化导板***构建过程实现更加简便和高效，能够实现下颌骨余留骨段、供区骨各截骨段与钛板之间的匹配性准确定位。

Description

个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法
技术领域
本发明属于下颌骨缺损重建医疗器械的技术领域，特别是涉及一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法。
背景技术
下颌骨是颌面部唯一能动的骨骼，在咀嚼、吞咽和说话等功能方面起着关键作用，且位于面下三分之一，与面部的美观密切相关。因为许多颌面部疾病，如口腔癌、骨质疏松症、骨髓炎和双膦酸盐相关的颌骨坏死，或者因为严重的颌面部创伤，造成下颌骨缺损，严重影响下颌骨的功能和面部形态，通常需要进行下颌骨连续性切除。对于外科医生来说，下颌骨缺损重建是一项复杂且耗时的任务。
使用非血管化移植物或游离血管化骨瓣可以实现下颌骨的连续性重建以及其软组织覆盖。自体移植物的来源包括腓骨、髂骨、肩胛骨、锁骨和肋骨等，自Taylor等在1975年首次将血管化游离腓骨皮瓣作为骨重建的可用来源，血管化腓骨皮瓣已成为节段性下颌骨缺损进行结构和功能重建的首选。
下颌骨缺损重建与面部功能和形态恢复密切相关，需要在手术的所有阶段中实现精准、安全操作。传统手术根据手术医生的经验将腓骨转化为下颌骨的弯曲形状，这影响了髁突定位以及下颌骨的形态重建的精确性。随着计算机辅助外科技术的快速发展和应用，虚拟手术设计及CAD/CAM技术已逐步广泛地应用于腓骨重建下颌骨手术中。该技术可以提高下颌骨截骨、供体部位骨采集以及移植骨放置的精确性，缩短手术时间，从而提高手术的安全性。
目前最常采用的计算机辅助外科技术的流程是，利用病人颌面部和下肢的CT数据，进行颌骨和腓骨的三维建模；然后根据临床需要，对下颌骨模型进行截骨或修整，并结合下颌骨的理想形态，将腓骨放置到下颌骨缺损处，形成手术后的下颌骨模型；最后，通过3D打印技术制作成实体的下颌骨模型。此时，根据下颌骨模型的形态，可在术前预弯钛板；然后，根据钛板孔位对模型相应位置进行打孔，获得打孔后的下颌骨模型，或者使用塑料结扎丝或钛钉将钛板固定在模型上，获得具有钛板的下颌骨模型；随后，将打孔后或者具有钛板的下颌骨模型进行二次扫描；最后，根据二次扫描的数据，设计和制作下颌骨截骨导板和腓骨截骨导板。所以，此类导板具有辅助截骨和钉孔定位的功能，从而提高骨段及预弯钛板就位的准确性。部分病例应用上述导板时，可以配合计算机辅助导航技术，验证下颌骨重建时的腓骨和余留骨段位置是否与术前计划相符，并根据导航结果对骨段进行相应调整。
现有技术利用上述方法制作的下颌骨缺损重建导板***(包括预弯的钛板、下颌骨截骨导板和腓骨截骨导板)基本能够满足大部分下颌骨重建的需要，但是在实际应用中，依然存在以下方面的不足：
第一，术前根据下颌骨模型进行预弯钛板，由于外科医生临床经验的不同，存在人为误差，部分钛板不能充分地与重建的下颌骨骨面进行贴合。手术中在将钛板与患者下颌骨余留骨段接触时会发生滑动，固定时不能实现手术中的钛板位置和设计时的钛板位置保持一致的关系，造成钛板植入的定位误差。
第二，由于存在预弯钛板不能充分贴合下颌骨模型的问题，而后续的钛钉钉孔定位、下颌骨截骨导板制作以及腓骨截骨导板制作均以该预弯的钛板为基础，会造成后续导板***的制作产生偏差，影响手术中的精准实施，进而影响下颌骨缺损重建的手术治疗效果，容易出现咬合功能错乱、面部变宽、颞下颌关节脱位等术后并发症。
第三，现有技术中对预弯钛板进行定位的解决方案是将打孔后或者具有钛板的下颌骨模型进行二次扫描，然后根据二次扫描的数据，设计和制作下颌骨截骨导板和腓骨截骨导板。一方面该制作过程需要进行二次扫描，耗费时间；另一方面，二次扫描获得的数据，因为金属伪影或成像分辨率低等原因，会增加钉孔定位的误差。
第四，现有的腓骨截骨导板只是单纯地定位了不同骨段的截骨长度及位置，将游离的腓骨转移至下颌骨缺损处时，仍需外科医生根据自身临床经验，耗费时间调整腓骨各骨段截骨面的形态，去除早接触面，与钛板进行匹配，无法精确定位钛板和腓骨段，存在较大的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，更加有利于实现个体化导板***与患者下颌骨之间的精确定位，优化导板***构建过程实现更加简便和高效，能够实现下颌骨余留骨段、供区骨各截骨段与钛板之间的匹配性准确定位。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，包括以下步骤：
(1)对患者进行影像学检查，获取患者的头颅CT数据和供区骨CT数据；
(2)将所述的头颅CT数据和供区骨CT数据导入到计算机三维模型设计软件中，对患者的颅颌面骨骼和供区骨骼进行三维模型重建；
(3)对下颌骨模型进行截骨或修整，得到下颌骨余留骨段模型，对供区骨模型进行截骨和塑形后将供区骨段移动到下颌骨模型缺损部位，根据下颌骨理想重建形态设计重建手术后的下颌骨模型；
(4)根据虚拟重建后的下颌骨模型的骨表面形态，设计虚拟的个体化钛板模型，使得钛板模型连接下颌骨余留骨段模型和缺损部位的供区骨段并与重建后的下颌骨模型的骨表面贴合；
(5)根据个体化钛板模型的位置，在钛板模型与两侧下颌骨余留骨段模型的对应位置设计下颌骨定位钉道，在钛板模型与各供区骨段的对应位置设计供区骨段定位钉道；
(6)根据两侧下颌骨余留骨段模型的骨表面形态，分别设计相贴合的下颌骨截骨导板模型，根据截骨位置和方向在下颌骨截骨导板模型上设计截骨槽结构，并根据所述下颌骨定位钉道的位置和方向在下颌骨截骨导板模型上设计下颌骨截骨定位钉孔；
(7)将下颌骨模型缺损部位的带有供区骨段定位钉道的供区骨段复位到供区骨模型的原始位置，根据所需供区骨的骨表面形态，设计相贴合的供区骨截骨塑形导板模型，根据截骨位置和方向在供区骨截骨塑形导板模型上设计截骨槽，并根据所述供区骨段定位钉道的位置在供区骨截骨塑形导板模型上设计供区骨段定位钉孔；
(8)将设计得到的个体化钛板模型、下颌骨截骨导板模型和供区骨截骨塑形导板模型以STL格式导出，通过3D打印制作，得到实体的个体化钛板、下颌骨截骨导板和供区骨截骨塑形导板。
所述步骤(5)中，各侧下颌骨余留骨段模型上设计的下颌骨定位钉道为三个以上，各段供区骨段上设计的供区骨段定位钉道为两个以上。
所述步骤(5)中，所述下颌骨定位钉道和供区骨段定位钉道的设计方向与对应位置的骨表面整体呈垂直关系。
所述步骤(5)中，在所述下颌骨定位钉道中设计圆柱状钛钉模型，并在步骤(6)中利用圆柱状钛钉模型对下颌骨截骨定位钉孔的设计进行定位。
所述步骤(5)中，在所述供区骨段定位钉道中设计圆柱状钛钉模型，并在步骤(7)中利用圆柱状钛钉模型对供区骨段定位钉孔的设计进行定位。
所述供区骨为患者的腓骨、髂骨或者肩胛骨。
有益效果
第一，在本发明中，个体化下颌骨缺损重建导板***中的钛板采用计算机建模后通过3D打印的方式进行制作，避免了钛板预弯过程中人为误差的存在，能够保证钛板充分地贴合患者下颌骨骨面，采用本发明制作得到的个体化钛板在固定到患者下颌骨余留骨段时不会产生滑动，能够实现手术中的钛板固定位置与设计时钛板模型的固定位置保持一致的关系，实现钛板的个体化精准定位。
第二，本发明在个体化钛板模型的基础上完成下颌骨定位钉道和供区骨段定位钉道的设计，并以此为根据进一步完成下颌骨截骨导板上的下颌骨截骨定位钉孔以及供区骨截骨塑形导板的供区骨段定位钉孔的设计，能够保证下颌骨余留骨段模型、供区骨段模型、钛板模型、下颌骨截骨导板模型以及供区骨截骨塑形导板模型之间钛钉钉孔定位匹配的准确性，避免了现有技术中因钛板预弯人为误差以及二次扫描影像误差增加的钛钉钉孔定位误差。
第三，本发明能够将模型设计中形成的钛钉钉孔精确定位匹配的关系一致性地转移到实体中实现，确保手术中可使个体化钛板和下颌骨余留骨段、供区骨骨段在唯一的位置进行固定，可提高下颌骨缺损重建的手术精度，以达到更加逼近虚拟手术设计中下颌骨理想重建形态的效果，有利于减少临床上对骨段位置进行调整修整的时间，从而能够缩短手术时间，降低手术创伤。
第四，本发明避免了现有技术中需要对修复后的下颌骨模型进行打印实体模型以及后续对实体模型进行二次扫描得到虚拟模型的步骤，不仅有利于降低过程中模型产生的误差，而且优化了导板***的构建过程，使得整个构建过程更加简便和高效。
附图说明
图1为本发明实施例中虚拟重建后的下颌骨模型的结构示意图。
图2为本发明实施例中虚拟个体化钛板模型的结构示意图。
图3为本发明实施例中患者右侧下颌骨截骨导板模型的结构示意图。
图4为本发明实施例中患者左侧下颌骨截骨导板模型的结构示意图。
图5为本发明实施例中供区骨(腓骨)截骨塑形导板模型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，采用腓骨作为供区骨，包括以下步骤：
(1)对患者进行影像学检查，获取患者的头颅CT数据和供区骨CT数据，影像学数据存为DICOM格式。
(2)将上述得到的头颅CT数据和供区骨CT数据导入到计算机三维模型设计软件中，对患者的颅颌面骨骼和供区骨骼(腓骨)进行三维模型重建。
(3)对下颌骨模型进行截骨或修整，得到下颌骨余留骨段模型1，对供区骨模型进行截骨和塑形后将供区骨段2移动到下颌骨模型缺损部位，根据下颌骨理想重建形态设计重建手术后的下颌骨模型，如图1所示。过程中注意维持余留骨段的原始位置，或者将余留骨段调整至理想位置，并控制下颌骨的宽度。
(4)根据虚拟重建后的下颌骨模型的骨表面形态，设计虚拟的个体化钛板模型3，使得钛板模型3连接下颌骨余留骨段模型1和缺损部位的供区骨段2并与重建后的下颌骨模型的骨表面贴合。
(5)根据钛板模型3的位置，在钛板模型3与两侧的下颌骨余留骨段模型1的对应位置设计3个以上的下颌骨定位钉道4，在钛板模型3与各供区骨段2的对应位置分别设计2个供区骨段定位钉道5。根据下颌骨定位钉道4和供区骨段定位钉道5的位置，设计穿过钉道并尽可能垂直于对应位置骨表面的圆柱状钛钉模型12，如图2所示。
(6)根据两侧的下颌骨余留骨段模型1的骨表面形态，分别设计与骨表面形态相贴合的下颌骨截骨导板模型6，并根据截骨位置和方向在下颌骨截骨导板模型6上设计截骨槽结构7。再根据下颌骨余留骨段模型1上的钛钉模型12的位置和方向在下颌骨截骨导板模型6上设计下颌骨截骨定位钉孔8，得到如图3和图4所示结构的下颌骨截骨导板模型6。
(7)将下颌骨模型缺损部位的带有供区骨段定位钉道5的供区骨段2复位到供区骨模型的原始位置。根据所需供区骨的骨表面形态，设计相贴合的供区骨截骨塑形导板模型9，并根据截骨位置和方向在供区骨截骨塑形导板模型9上设计截骨槽10。再根据供区骨段2上的钛钉模型12的位置在供区骨截骨塑形导板模型9上设计供区骨段定位钉孔11，得到如图5所示结构的供区骨截骨塑形导板模型9。
(8)将设计得到的个体化钛板模型3、下颌骨截骨导板模型6和供区骨截骨塑形导板模型9以STL格式导出，通过3D打印制作，得到实体的个体化钛板、下颌骨截骨导板和供区骨截骨塑形导板。
所得到的个体化下颌骨缺损重建导板***在手术中使用时，可分为受区手术组和供区手术组：
受区手术组，充分暴露下颌骨后，戴用下颌骨截骨导板，根据下颌骨截骨导板上的定位钉孔在下颌骨上制备钉道；使用钛钉将下颌骨截骨导板固定于下颌骨上；锯片沿截骨槽进行截骨，或者修整下颌骨余留骨段的形态；取出钛钉，卸下导板，植入个性化钛板，利用原来的钉道，再次使用钛钉对钛板进行固定。虚拟的个体化钛板模型3通过3D打印技术加工成可植入的实体钛板，由于下颌骨截骨导板在设计时，钉孔确定的钉道与个体化钛板植入的钉道是相同的，即下颌骨截骨导板可提供个体化钛板植入钉道定位的功能，所以利用多个相同的钉孔，可以对个性化钛板的植入进行精准定位。
供区手术组，充分暴露腓骨后，戴用供区骨截骨塑形导板，根据供区骨截骨塑形导板的定位钉孔制备钉道；使用钛钉将供区骨截骨塑形导板固定于腓骨上；锯片沿截骨槽进行截骨，对腓骨各骨段进行塑形；取出钛钉，卸下供区骨截骨塑形导板，将塑形好的腓骨骨段转移到下颌骨缺损处，利用腓骨骨段上形成的钉道和钛板上的钉孔，再次使用钛钉将腓骨各骨段与钛板进行固定。由于供区骨截骨塑形导板设计时，钉孔确定的钉道与供区骨骨段移植的钉道是相同的，即供区骨截骨塑形导板可提供引导供区骨骨段就位的功能，所以利用多个相同的钉孔，可以对各腓骨骨段的移植进行精准定位。
在该下颌骨缺损重建导板***辅助下，实现个体化钛板与下颌骨余留骨段、供区骨骨段的精准匹配，外科医生可以根据术前的虚拟手术设计方案，在术中精准实施手术，完成下颌骨缺损的重建，以达到逼近虚拟手术设计中下颌骨理想重建形态的效果。

Claims (6)

1.一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，包括以下步骤：
(1)对患者进行影像学检查，获取患者的头颅CT数据和供区骨CT数据；
(2)将所述的头颅CT数据和供区骨CT数据导入到计算机三维模型设计软件中，对患者的颅颌面骨骼和供区骨骼进行三维模型重建；
(3)对下颌骨模型进行截骨或修整，得到下颌骨余留骨段模型(1)，对供区骨模型进行截骨和塑形后将供区骨段(2)移动到下颌骨模型缺损部位，根据下颌骨理想重建形态设计重建手术后的下颌骨模型；
(4)根据虚拟重建后的下颌骨模型的骨表面形态，设计虚拟的个体化钛板模型(3)，使得钛板模型(3)连接下颌骨余留骨段模型(1)和缺损部位的供区骨段(2)并与重建后的下颌骨模型的骨表面贴合；
(5)根据个体化钛板模型(3)的位置，在钛板模型(3)与两侧下颌骨余留骨段模型(1)的对应位置设计下颌骨定位钉道(4)，在钛板模型(3)与各供区骨段(2)的对应位置设计供区骨段定位钉道(5)；
(6)根据两侧下颌骨余留骨段模型(1)的骨表面形态，分别设计相贴合的下颌骨截骨导板模型(6)，根据截骨位置和方向在下颌骨截骨导板模型(6)上设计截骨槽结构(7)，并根据所述下颌骨定位钉道(4)的位置和方向在下颌骨截骨导板模型(6)上设计下颌骨截骨定位钉孔(8)；
(7)将下颌骨模型缺损部位的带有供区骨段定位钉道(5)的供区骨段(2)复位到供区骨模型的原始位置，根据所需供区骨的骨表面形态，设计相贴合的供区骨截骨塑形导板模型(9)，根据截骨位置和方向在供区骨截骨塑形导板模型(9)上设计截骨槽(10)，并根据所述供区骨段定位钉道(5)的位置在供区骨截骨塑形导板模型(9)上设计供区骨段定位钉孔(11)；
(8)将设计得到的个体化钛板模型(3)、下颌骨截骨导板模型(6)和供区骨截骨塑形导板模型(9)以STL格式导出，通过3D打印制作，得到实体的个体化钛板、下颌骨截骨导板和供区骨截骨塑形导板。
2.根据权利要求1所述的一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，其特征在于：所述步骤(5)中，各侧下颌骨余留骨段模型(1)上设计的下颌骨定位钉道(4)为三个以上，各段供区骨段(2)上设计的供区骨段定位钉道(5)为两个以上。
3.根据权利要求1所述的一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，其特征在于：所述步骤(5)中，所述下颌骨定位钉道(4)和供区骨段定位钉道(5)的设计方向与对应位置的骨表面整体呈垂直关系。
4.根据权利要求1所述的一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，其特征在于：所述步骤(5)中，在所述下颌骨定位钉道(4)中设计圆柱状钛钉模型(12)，并在步骤(6)中利用圆柱状钛钉模型(12)对下颌骨截骨定位钉孔(8)的设计进行定位。
5.根据权利要求1所述的一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，其特征在于：所述步骤(5)中，在所述供区骨段定位钉道(5)中设计圆柱状钛钉模型(12)，并在步骤(7)中利用圆柱状钛钉模型(12)对供区骨段定位钉孔(11)的设计进行定位。
6.根据权利要求1所述的一种个体化下颌骨缺损重建导板***的建构方法，其特征在于：所述供区骨为患者的腓骨、髂骨或者肩胛骨。
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