辅助腓骨瓣移植下颌骨缺损的3D打印预设钉道及钛板嵌入式导板系统的制作方法

本发明涉及医药卫生技术领域，具体涉及计算机虚拟手术技术、3d打印技术、逆向工程技术、导板外科及显微外科技术。

背景技术：

据不完全统计，我国目前每年有超过50万因肿瘤、外伤、感染等造成的新增下颌骨缺损患者。这些患者在进食、语言、容貌、社交等方面承受着巨大的损伤和痛苦，这已经成为值得社会重视的问题。

血管化游离腓骨瓣移植是修复大范围下颌骨缺损的一个重要手段。这一骨瓣能够提供充足的移植骨量，带有稳定的血供，可进行三维立体成形。近年来，随着虚拟手术、3d打印技术的引入，外科导板系统被用于腓骨移植修复下颌骨缺损的手术中。这一改革取得了一定的进步，但是在下颌骨大型缺损（尤其是伴下颌角甚至下颌升支及髁状突）需多段式腓骨修复中，仍面临着难题。第一，导板系统设计简陋，虽对截骨切割的方向和位点提供了引导，但在后续步骤中难以发挥作用。这导致腓骨瓣血管断蒂前难以完成尽可能多的工作，增加了骨瓣断蒂后的缺血时间，对腓骨瓣术后成活率产生影响。第二，截骨后的腓骨段在拼接塑形阶段中缺少的合适的辅助工具。既往已报道的的诸多方法以预成型的重建钛板作为形态标准，很大程度依赖术者的主观经验和简单的长度测量，并且由于腓骨表面的光滑弧形形态，钛板与腓骨间存在位移误差，影响手术精度。第三，塑形和固定步骤依靠与钛板反复比对，使得这一过程耗时严重，延长了手术总时间，也增加出血和创伤。第四，导板为高分子材料制成，临床应用中容易被截骨工具损伤而影响手术精度。

技术实现要素：

基于上述考虑，本发明提供了一套预设钛钉道的钛板嵌入式截骨塑形导板系统。本发明由虚拟手术技术的基础上结合逆向工程技术设计并3d打印生产。全套系统包含预设钉道的下颌骨截骨导板、预设钉道的腓骨截骨导板和钛板嵌入式的塑形导板三大工具。

发明目的：为了克服现有的外科导板系统在临床应用中存在的手术费时和精术精确度差的弱点，本发明提供一套新型的导板系统。第一，该导板系统预设钛钉钉道，能够对钛钉在骨瓣中的预设位置和方向产生引导，进而精确确定预弯钛板在腓骨和下颌骨表面的位置。第二，所有截骨导板的钉道和沟槽内侧面均嵌入金属片代替树脂材料，避免在应用中因高速钻头或锯片接触内侧壁而损伤导板产生误差。第三，塑形导板内部预留与预弯钛板相匹配的槽孔使其在临床应用中能够嵌入导板共同辅助腓骨段的塑形，并在固定钛板后卸下导板完成最终修复。这种一体化设计避免了在塑形过程中反复比对、拆卸导板，实现了从拼接塑形至固定钛板的一步式操作，有效降低手术时间。

技术方案：本发明所采用的技术方案是：a.虚拟手术设计植骨修复方案并3d打印上下颌骨模型。b.手术医生在模型上选择钛板植入位置，预弯重建钛板并钛钉固定。c.逆向工程技术扫描并生成新的模型。d.设计预留钛板空间和钉道的塑形导板，将钉道在每段腓骨中的位置转移至腓骨腓骨截骨导板，钉道在剩余下颌骨中的位置转移至下颌骨截骨导板。e.打印导板并临床应用。

手术中腓骨截骨导板辅助腓骨分段时，导板上预成的钉道引导电钻的方向和位置，最终就位固定时钛钉的位置和方向根据此钉道而定。由于在空间位置中，钛钉的位置与方向决定了钛板的唯一立体位置，因此钛板在腓骨瓣表面所预期的位置得到精确识别。钛板导板一体化的作用是简化腓骨瓣塑性过程，避免分段后的腓骨瓣在就位、拼接、钛板固定等诸多复杂步骤中反复拆卸比对重建导板和钛板。

本发明的有益效果：①以预设钉道代替过去依靠模糊匹配外形的钛板就位方式，提高了手术精确度。②钉道和截骨导向槽内侧壁嵌入金属，提高了引导能力，避免了应用中出现导板损伤，增强了制备钉道与截骨的准确性。③在腓骨瓣切断血管蒂前完成截骨、拼接、塑形、固定等步骤，最大程度降低骨瓣缺血时间，提高成活率。同时达到提高手术精确度与降低手术时间的目的。

附图说明

图1是本发明的导板系统，包含：1下颌骨近中截骨导板，2下颌骨远中截骨导板，3腓骨截骨导板，4钛板嵌入式腓骨塑形导板。

图2是头颅3d打印模型上的下颌骨截骨导板就位情况。

图3是塑形导板携预弯钛板在植骨模型上的就位情况。

图4是卸下塑形导板后最终修复效果。

图5是本发明的虚拟手术图，计算机中输入ct资料，在软件中生成头颅三维模型，确定截除部分，模拟腓骨移植。

图6是3d打印的下颌修复模型，在模型基础上预弯重建钛板并钛钉固定。

图7是逆向工程扫描生成模型后，设计钛板嵌入式的塑形导板、下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板。

图8是本发明的导板系统在手术中应用。

图9是患者术前与术后一年修复效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

见图5，在获得ct数据后，重建病患区域骨组织模型及修复用下肢模型（图5a）。综合临床、ct影像,等资料确定精确的病患区域，并准确标定病灶组织截除边界（图5b）。通过magics（materialiseltd,thekingdomofbelgium）软件规划腓骨移植修复方案，重塑病患区域形态（图5cd）。生成最终的修复模型（图5e）。

见图6，3d打印下颌骨修复模型，并由手术医生在模型上预弯重建钛板，确定钛板位置并钛钉固定。

见图7，逆向工程技术扫描图7中固定钛板的模型（图7a），设计塑形导板（图7bc），设计要点：与模型颊面贴合并包裹钛板，导板厚度3mm，内侧预留匹配钛板形状的凹槽便于应用时钛板嵌入，钛钉位置预留孔道（孔径4mm）便于钛钉钉帽通过并直达钛板实现最终固定。将钉道位置分别匹配到下颌骨病损模型和腓骨模型，设计下颌骨截骨导板（图7d）和腓骨截骨导板（图7e），设计要点：与骨面贴合并包裹，导板厚度2mm，截骨槽局部增高至3mm增强导向性，截骨槽宽0.5mm以容锯片（厚0.3mm）通过且不对锯片产生摩擦力，预留钉道并增高至3mm钉道内径2mm以匹配1.8mm钻头并便于钛钉钉身（直径2mm）通过以固定导板。

打印各导板，见图1234。截骨导板各钉道及截骨槽均金属内壁。

图8为手术中应用：通过导板的截骨槽切割下颌骨（图8a）；腓骨断蒂前依钉道钻孔并植入钛钉固定截骨导板（图8b）；截骨并依塑形导板拼接腓骨段完成塑形，因重建导板嵌入于导板，此步骤中完成钛钉植入实现最终固定（图8c）；切断腓骨血管蒂（图8d）；拆除塑形导板（图8e）；植入下颌骨缺损（图8f）。

图9为手术前后效果比较，图9abcd分别为患者术前面型、开口度、咬合关系及ct影像，图9efgh分别为患者术后一年的面型、开口度、咬合关系及ct影像。手术达到了令人满意的美观与功能修复效果。

技术特征：

技术总结
本发明“辅助腓骨瓣移植下颌骨缺损的3D打印预设钉道及钛板嵌入式导板系统”属于医药卫生技术领域。通过虚拟手术和3D打印技术发明一套手术导板系统，用以解决移植腓骨修复下颌骨缺损术中手术精度差和手术时间长的问题。该系统包括预设钉道的下颌骨截骨导板、腓骨截骨导板和钛板嵌入式的塑形导板三大工具。一方面在导板表面预设截骨沟槽和钉道，实现对手术工具的引导作用，达到精确切割骨块的目的。另一方面塑形导板内壁匹配于钛板形状与位置的凹槽设计使其能够将钛板嵌入导板共同辅助腓骨段的塑形，提高塑形精度的同时无需反复比对，缩短手术时间。

技术研发人员：包霆威;朱慧勇;王慧明;何剑锋
受保护的技术使用者：包霆威
技术研发日：2017.08.16
技术公布日：2019.03.01