一种适用于股骨颈系统3d打印组合式导板制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种3d打印组合式导板制备方法，具体是一种适用于股骨颈系统3d打印组合式导板制备方法。
背景技术：
2.股骨颈骨折常见于老年患者，占全身部骨折的3.6%。随着交通的快速发展，高能量损伤导致年轻人股骨颈骨折发生率增高，髋关节活动不良、股骨头缺血坏死和骨折不愈合等并发症仍是目前治疗的难点。内固定物包括空心钉、动力髋螺钉、锁定钢板及髓内钉等。但是文献报道内固定术后的失败率高达37%，3枚空心钉固定是治疗股骨颈骨折的“金标准”，但是螺钉退出、切割、松动却很常见，且空心钉固定强度低，患者术后仍需长期卧床；动力髋螺钉适用于剪切型骨折，但存在创伤较大，股骨颈内骨质丢失较多，单枚螺钉的抗旋力弱等不足。
3.瑞士髋关节研究小组历经10年研发了一种固定股骨颈骨折的新武器“股骨颈动力抗旋交叉钉系统（femoral neck system，fns）”，其独特的“钉中钉”设计，既能微创置入，又可以提供稳定的抗旋力，而且很少出现螺钉切割、退钉等现象，使患者术后早期负重下地，提高了生活质量，减少了卧床所带来的一系列并发症，为股骨颈骨折内固定治疗提供了新的治疗手段。但是，由于股骨颈解剖特殊，存在前倾角、颈倾角与颈干角，且fns新技术存在一定的学习曲线，需要术者有丰富的经验和熟练的手术技术，同时需多次透视调整中央定位导针在股骨颈内的合适位置，而导针在股骨颈内反复调整会影响骨质质量，进而影响内固定的稳定性；同时，术中多次透视增加手术时间，增加患者及医护人员射线暴露风险。因此，亟需一种更加安全、高效的方法来保证fns中央定位导针的精确、安全置入。
4.近年来，随着3d 打印技术的不断成熟和发展，与临床实践结合的也越来越密切，通过将三维重建技术、逆向工程技术与 3d 打印技术相结合所设计制作的个性化导航模板也越来越多的用于临床辅助骨科内固定技术。3d打印技术是近年来新兴发展和成熟的一种技术，又叫“快速成型技术”，需要进行3d打印的病人，术前进行ct扫描及三维重建，将扫描数据导入到mimics软件，通过一些特殊的材料打印成3d模型及导航模板，临床医师可以根据实物模型，更加准确地了解骨折的程度，术前可以制定精确、详实的手术方案，通过利于3d打印导航模板辅助手术，提高手术置钉的精确性和安全性，减少患者及医务人员x线透视暴露时间。
5.因此，研发一种能够术中安装拆卸便捷、辅助置钉安全有效的导航模板装置及其制备方法是非常有必要的。
技术实现要素：
6.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于新型股骨颈内固定系统的3d打印组合式导板制备方法，有效的提高置钉的准确性，提高置钉安全性，缩短手术时间，减少患者和医务人员在x线下暴露次数和时间。
7.为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种适用于股骨颈系统3d打印组合式导板制备方法，其制备方法分为骨折三维ct数据采集和导板设计两部分组成，其具体制备方法如下：骨折三维ct数据采集（1）实用三维ct扫描设备将患者患处的骨骼进行扫描；（2）将步骤（1）扫描患者患处的三维ct扫描数据，导入ct扫描数据到三维重建软件(mimics 21.0)；（3）对步骤（2）中提取的ct扫描原始数据进行优化处理，将髋关节部分的骨头进行逐层分割，先选择各个骨头的灰度进行分割，分别提取股骨、髋骨等各个骨骼信息，而后以区域增长的方式清理各个骨头之间的杂乱信息；（4）将步骤（3）清理完成后的骨头之间的信息采用系统默认的（optimal）命令把各个骨头根据前面所选取的阈值计算出来。
8.（5）使用mimics 21.0 软件中测得股骨颈三维数据，根据测量结果在软件3-matic中实行预复位；（6）将步骤（5）复位后的股骨颈三维数据使用nx10.0软件把骨钉、中央定位导针和模拟骨钻圆柱的相对位置关系绘制出来导出stl格式备用，然后把这个模型和股骨一起导入到magics21.0中；（7）圆柱体与股骨干夹角设计为130
°
，转动三维结构中的圆柱体，缓慢拖动滚轴，分别在3d界面、横断面、矢状面、冠状面观察圆柱体通过股骨颈的位置关系，进而完成下fns的模拟安全钉道设计；（8）观察模拟安全钉道和骨钉是否穿破股骨颈及股骨头，并根据观察结果对模拟安全钉道和骨钉做适当微调，以确保fns模拟安全钉道的安全性及准确性；导板设计由中央导针导向孔设计、抗旋导针导向孔设计、小粗隆定位固定导向孔设计、可装卸固定基座设计组成，（9）使用magics21.0软件中按照模拟安全钉道的轨迹轴心线设定钉道直径，将中央导针导向孔内径设计为3.2 mm，外径为7.5 mm，导针尖部距离软骨下骨5 mm；抗旋导针导向孔设计（10）使用magics21.0软件中按照模拟安全钉道的轨迹轴心线设定一平行于中央导针的轴心线，两轴心线之间的距离为8 mm，将抗旋导针导向孔内径设计为3.2 mm，外径为7.5 mm，导针尖部距离软骨下骨5 mm；小粗隆定位固定导向孔设计（11）使用magics21.0软件中设计一垂直于股骨干，平行于小粗隆下缘的定位固定导向孔，导向孔内径设计为2.1 mm，外径为7.5 mm；可装卸固定基座设计（12）使用geomagic 2019软件中提取股骨大粗隆外侧壁表面解剖数据，将这个表面数据导入到magics21.0并其做反向偏移2.0 mm处理，将偏移表面和原始表面合并、填充和优化，建立与股骨大粗隆外侧壁解剖形态一致的方向基座，基座上缘与股外侧肌嵴平行（上缘宽2 cm），基座下缘与小粗隆下缘平行（下缘宽3 cm）；（13）将步骤（12）的基座同时导入三个导向孔数据，两者组合重建导向模板雏形，
形成定位导向孔的fns的导航模板，根据导向孔的位置把导板一分为二，使其分割线基本都在导向孔最大分开处，生成上下2个组合式导板；（14）将步骤（13）生成上下2个组合式导板运用布尔运算后，贯通导向模板钉道，并对边界进行修整，完成组合式导板的设计；（15）在步骤（14）的导板基础上使用nx10.0软件中设计3个内径为7.6 mm外径为8.5mm高为5mm的圆环；（16）将步骤（15）设计好的导板输入到sl 450三维立体打印方式成型机进行打印制作；（17）将步骤（16）打印好的导板采用低温等离子灭菌。
9.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：临床医师可以根据实物模型，更加准确地了解骨折的程度，术前可以制定精确、详实的手术方案，不需要术者有丰富的经验和熟练的手术技术，无需多次透视调整中央定位导针在股骨颈内的合适位置，导针在股骨颈内不需要反复调整，杜绝出现影响骨质质量情况的发生，提高手术置钉的精确性和安全性，无需术中多次透视增加手术时间，大大减少患者及医护人员射线暴露风险，本发明制作成本低，适合大范围的推广和使用。
具体实施方式
10.下面对本发明作进一步说明。
11.本适用于股骨颈系统3d打印组合式导板制备方法，其制备方法分为三维ct数据采集和导板设计两部分组成，其具体制备方法如下：骨折三维ct数据采集（1）实用扫描三维ct设备将患者患处的骨骼进行扫描；（2）将步骤（1）扫描患者患处的三维ct扫描数据，导入ct扫描数据到三维重建软件(mimics 21.0)；（3）对步骤（2）中提取的ct扫描原始数据进行优化处理，将髋关节部分的骨头进行逐层分割，先选择各个骨头的灰度进行分割，分别提取股骨、髋骨等各个骨骼信息，而后以区域增长的方式清理各个骨头之间的杂乱信息；（4）将步骤（3）清理完成后的骨头之间的信息采用系统默认的（optimal）命令把各个骨头根据前面所选取的阈值计算出来；这样就得到完整的骨头，然后在对骨头表面进行修复，最后以stl格式进行储存备用；（5）使用mimics 21.0 软件中测得股骨颈三维数据，根据测量结果在软件3-matic中实行预复位；（6）将步骤（5）复位后的股骨颈三维数据使用nx10.0软件把骨钉、中央定位导针和模拟骨钻圆柱的相对位置关系绘制出来导出stl格式备用，然后把这个模型和股骨一起导入到magics21.0中；（7）圆柱体与股骨干夹角设计为130
°
，转动三维结构中的圆柱体，缓慢拖动滚轴，分别在3d界面、横断面、矢状面、冠状面观察圆柱体通过股骨颈的位置关系，进而完成下fns的模拟安全钉道设计；（8）观察模拟安全钉道和骨钉是否穿破股骨颈及股骨头，并根据观察结果对模拟
安全钉道和骨钉做适当微调，以确保fns模拟安全钉道的安全性及准确性；导板设计由中央导针导向孔设计、抗旋导针导向孔设计、小粗隆定位固定导向孔设计、可装卸固定基座设计组成，（9）使用magics21.0软件中按照模拟安全钉道的轨迹轴心线设定钉道直径，将中央导针导向孔内径设计为3.2 mm，外径为7.5 mm，导针尖部距离软骨下骨5 mm；抗旋导针导向孔设计（10）使用magics21.0软件中按照模拟安全钉道的轨迹轴心线设定一平行于中央导针的轴心线，两轴心线之间的距离为8 mm，将抗旋导针导向孔内径设计为3.2 mm，外径为7.5 mm，导针尖部距离软骨下骨5 mm；小粗隆定位固定导向孔设计（11）使用magics21.0软件中设计一垂直于股骨干，平行于小粗隆下缘的定位固定导向孔，导向孔内径设计为2.1 mm，外径为7.5 mm；可装卸固定基座设计（12）使用geomagic 2019软件中提取股骨大粗隆外侧壁表面解剖数据，将这个表面数据导入到magics21.0并其做反向偏移2.0 mm处理，将偏移表面和原始表面合并、填充和优化，建立与股骨大粗隆外侧壁解剖形态一致的方向基座，基座上缘与股外侧肌嵴平行（上缘宽2 cm），基座下缘与小粗隆下缘平行（下缘宽3 cm）；（13）将步骤（12）的基座同时导入三个导向孔数据，两者组合重建导向模板雏形，形成定位导向孔的fns的导航模板，根据导向孔的位置把导板一分为二，使其分割线基本都在导向孔最大分开处，生成上下2个组合式导板；（14）将步骤（13）生成上下2个组合式导板运用布尔运算后，贯通导向模板钉道，并对边界进行修整，完成组合式导板的设计；（15）在步骤（14）的导板基础上使用nx10.0软件中设计3个内径为7.6 mm外径为8.5mm高为5mm的圆环；（16）将步骤（15）设计好的导板输入到sl 450三维立体打印方式成型机进行打印制作；（17）将步骤（16）打印好的导板采用低温等离子或环氧乙烷低温消毒灭菌。