一种3D打印手术导板的制作方法

本发明涉及一种3D打印运动损伤治疗所用手术导板及其制备方法。

背景技术：

3D打印技术于20世纪80年代中期开始出现，是一种以数字模拟文件为基础，运用黏合性粉末材料逐层堆叠累积的方式制造三体实体的技术，其应用领域广泛，涉及珠宝、鞋类、建筑、汽车、航空航天、医学、枪支等，目前3D打印技术在医学方面的应用包括熔融沉积造型技术、选择性激光烧结技术、离体印刷术、多喷嘴成型技术等。

为了保证手术中定位的准确性，降低手术风险和提高手术的成功率，目前已有文献公开了通过3D打印技术设计和制造了手术导板，如口腔种植牙定位的导板、全膝关节置换术截骨导板、经皮椎弓根导板等，上述手术导板的制造和使用实现了手术时的准确定位、提高了手术的精确性、缩短了手术时间，为3D打印技术在医学领域的运用创造了广阔的空间。

运动损伤，如踝关节扭伤是发病率最高的运动损伤，部分扭伤患者会合并距骨骨软骨损伤，其中HeppleV型距骨骨软骨损伤(合并骨囊肿)和距骨坏死(图1)治疗困难，目前主要采用的手术方式是环钻清理病灶，再植入自体或异体骨软骨、骨、骨膜、组织工程骨等移植物。充分清理病灶是治愈损伤的前提。扩大清理范围固然可以确保清理充分，但对患者创伤过大，需要的移植物也相应增加，尤其对于使用自体移植物的患者会增加供体组织的缺失。所以，手术中对病灶的准确定位非常重要。骨囊肿和骨坏死病灶位于距骨深方，与表面的软骨损伤范围并不一致，目前的定位方法一种是术者结合患者的影像学照片，根据经验和手感用环钻清理病灶，再用骨凿和电钻清理周围残余的病灶，另一种是书中X线透视下定位病灶。前者主观性较强，操作准确性不高，常常清理不够充分；后者定位时间较长，设备要求高，对着术者和患者均造成辐射，而且X线只能二维显示囊肿的位置，定位也不够准确。

因此，运动损伤手术应当致力于降低运动损伤治疗手术过程中的创伤、提高手术的精确性和安全性，本发明既是针对该类需求经长期研究和临床实践提供了一种可以满足上述需求的运动损伤手术用辅助工具及其制备方法。

技术实现要素：

本发明基于本领域运动损伤手术对于创伤、精确性和安全性的需求，将3D打印技术应用于运动损伤的治疗，提供了一种3D打印运动损伤治疗手术导板，有利于降低运动损伤手术的创伤、提高定位的准确性、提高手术的精确性、缩短手术时间、减轻患者痛苦，减少并发症的发生。

具体的，本发明涉及一种3D打印运动损伤治疗手术导板，所述手术导板分为A和B两个组件，其中所述A组件又分为上、下两个部分，所述上部分是导管，并根据囊肿的空间位置确定所述导管的位置和方向，所述A组件的下部分是紧贴距骨表面的壳，所述壳由距骨侧面延伸至距骨底面和距骨颈，所述A组件在所述导管和所述壳之间有一个标记孔，所述B组件为与环钻清理病灶后制作出的骨孔相适应的导管，其长度等同于环钻拟钻取的骨孔深度，所述B组件的外径与骨孔直径相匹配，所述B组件周围有导孔，所述导孔的位置、方向和数量由环钻清理后的周围残余病灶的位置决定，所述B组件上缘设计有楔形定位豁口，所述楔形定位豁口与所述A组件的标记孔位置一致。

优选地，所述导管长度为3-8cm，厚度为1-3mm，内径分别为6mm、8mm、10mm，根据囊肿的大小，分别对应所用的环钻直径，所述壳的厚度为1-3mm，所述B组件的厚度为1-3mm；

所述运动损伤为踝关节损伤；所述手术导板由尼龙材料制备而成。

进一步的，本发明还提供了一种3D打印运动损伤治疗手术导板的制备方法，其包括以下步骤：

1)扫描：使用MRI对患者损伤关节进行薄层0.6mm薄层扫描；

2)三维构建病灶：使用mimics17.0软件构建出患者距骨立体图像，并通过透视效果显示囊肿的位置；

3)三维构建导板：根据距骨囊肿所在位置构建导板(参见示意图2-6)，所述导板分为A和B两个组件，其中所述A组件又分为上、下两个部分，所述上部分是导管，根据囊肿的空间位置确定所述导管的位置和方向，所述导管长度为5cm，厚度为2mm，内径分别为6mm、8mm、10mm，根据囊肿的大小，分别对应所用的环钻直径，所述A组件的下部分是紧贴距骨表面的壳，所述壳的厚度为2mm，所述壳由距骨侧面延伸至距骨底面和距骨颈，所述A组件在所述导管和所述壳之间有一个标记孔，所述B组件为与环钻清理病灶后制作出的骨孔相适应的导管，其长度等同于环钻拟钻取的骨孔深度，所述B组件的外径与骨孔直径相匹配，厚度为2mm，所述B组件周围有导孔，所述导孔的位置、方向和数量由环钻清理后的周围残余病灶的位置决定，所述B组件上缘设计有楔形定位豁口，与所述A组件的标记孔位置一致(参见图5，6)；

4)3D打印导板：根据软件构建导板的数据使用黏合材料打印导板，即得本发明3D打印运动损伤治疗手术导板。

优选地，所述运动损伤为踝关节损伤；所述黏合材料为尼龙材料。

本发明手术导板在运动损伤治疗过程中使用三维构建时测量的囊肿深度加上导管长度得到数值，根据这一数值确定环钻上的相应刻度做标志线，手术中暴露距骨后，将A组件贴附在距骨上，用环钻经过导管根据三维构建时测量的病灶深度对病灶进行钻取(到达标志线即停止)(图2)，取出环钻，此时大部分病灶已同时被取出，通过A组件的标记孔用记号笔在钻取的距骨骨孔边缘做标记点(图3，4)，然后取下A组件，将B组件豁口对准标记点放入钻取的骨孔。最后用克氏针或电钻通过导孔进一步清理周围残余的病灶。

本发明的有益效果：

(1)针对患者病灶3D打印制备的导板，实现了治疗的个体化；

(2)根据三维构建的病灶制备导板，可明确病灶的位置，相比于传统的靠经验和手感定位，明显提高了定位的准确性，既避免了清理不充分，又避免了因清理范围过大而给患者造成不必要的创伤，减少了移植物的使用；

(3)根据三维构建的病灶制备导板，可明确病灶的方向，避免了仅根据二维影像学图像做出的错误判断，提高清理的效率；

(4)根据三维构建的病灶制备导板，可明确病灶的准确大小和深度，以便提前确定手术中环钻使用的直径和深度，提高准确性和手术效率；

(5)手术前制备好导板，手术中可快速定位，可明显节约手术时间，减轻患者痛苦，减少并发症的发生；

(6)手术前制备好导板，避免了手术中X线定位，避免了辐射对患者和术者的损害；

(7)可根据病灶的位置和大小灵活调整A组件导管的位置和数量，为手术中环钻的选用提前制定方案，既准确又节约时间；

(8)根据三维重建的病灶设计制作的B组件的导孔有利于残余病灶的准确清理，提高手术效果，减少复发率。

附图说明：

图1：距骨骨囊肿CT影像(左：冠状位；右：矢状位；箭头所指为囊肿)；

图2：导板A组件示意图；

图3：导板A组件构造图；

图4：导板A组件立体图；

图5：导板B组件示意图；

图6：导板B组件立体图。

具体施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是本发明进一步的限定，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。

实施例1：

如图2、5所示，为本发明的3D打印运动损伤治疗手术导板的组件A1、B7，其中所述A组件1又分为上、下两个部分，所述上部分是导管3，并根据囊肿的空间位置确定所述导管3的位置和方向，所述导管3长度为5cm，厚度为2mm，内径分别为6mm、8mm、10mm，根据囊肿的大小，分别对应所用的环钻2直径，所述A组件1的下部分是紧贴距骨5表面的壳4，所述壳4的厚度为2mm，所述壳4由距骨5侧面延伸至距骨5底面和距骨5颈，所述A组件1在所述导管3和所述壳4之间有一个标记孔6，所述B组件7为与环钻2清理病灶后制作出的骨孔相适应的导管，其长度等同于环钻2拟钻取的骨孔深度，所述B组件7的外径与骨孔直径相匹配，厚度为2mm，所述B组件7周围有导孔9，所述导孔9的位置、方向和数量由环钻清理后的周围残余病灶的位置决定，所述B组件7上缘设计有楔形定位豁口8，与所述A组件1的标记孔6位置一致。

本发明3D打印手术导板在运动损伤治疗过程中使用三维构建时测量的囊肿深度加上导管长度得到数值，根据这一数值确定环钻2上的相应刻度做标志线，手术中暴露距骨5后，将A组件1贴附在距骨5上，用环钻2经过导管3根据三维构建时测量的病灶深度对病灶进行钻取(到达标志线即停止)(图2)，取出环钻2，此时大部分病灶已同时被取出，通过A组件1的标记孔6用记号笔在钻取的距骨5骨孔边缘做标记点(图3，4)，然后取下A组件1，将B组件7豁口8对准标记点放入钻取的骨孔。最后用克氏针或电钻通过导孔9进一步清理周围残余的病灶。

本发明3D打印运动损伤治疗所用手术导板通过以下步骤制备：

1)扫描：使用MRI对患者损伤关节进行薄层0.6mm薄层扫描；

2)三维构建病灶：使用mimics17.0软件构建出患者距骨5立体图像，并通过透视效果显示囊肿的位置；

3)三维构建导板：根据距骨囊肿所在位置构建导板(参见示意图2-6)，所述导板分为A1和B7两个组件，其中所述A组件1又分为上、下两个部分，所述上部分是导管3，根据囊肿的空间位置确定所述导管3的位置和方向，所述导管3长度为5cm，厚度为2mm，内径分别为6mm、8mm、10mm，根据囊肿的大小，分别对应所用的环钻2直径，所述A组件1的下部分是紧贴距骨5表面的壳4，所述壳4的厚度为2mm，所述壳4由距骨5侧面延伸至距骨5底面和距骨5颈，所述A组件1在所述导管3和所述壳4之间有一个标记孔6，所述B组件7为与环钻2清理病灶后制作出的骨孔相适应的导管，其长度等同于环钻拟钻取的骨孔深度，所述B组件7的外径与骨孔直径相匹配，厚度为2mm，所述B组件7周围有导孔9，所述导孔9的位置、方向和数量由环钻清理后的周围残余病灶的位置决定，所述B组件7上缘设计有楔形定位豁口8，与所述A组件1的标记孔6位置一致(参见图5，6)；

4)3D打印导板：根据软件构建导板的数据使用黏合材料打印导板，即得本发明3D打印运动损伤治疗手术导板。

结论

本发明的3D打印运动损伤治疗手术导板针对运动损伤患者病灶，实现了个性化治疗，可明确病灶的位置，明显提高了定位的准确性，减小了手术创伤，明显节约了手术时间，减轻了患者的痛苦，减少了并发症的发生，适于在运动损伤治疗中推广使用。

本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。