基于健侧桡骨近端三维解剖定制桡骨头假体的制作方法

1.本发明涉及桡骨头假体定制领域，更具体地说，涉及基于健侧桡骨近端三维解剖定制桡骨头假体。


背景技术：

2.桡骨头假体置换术常用来治疗桡骨头粉碎性骨折而无法结构重建肘关节稳定性的患者。前臂﹑肘关节运动的复杂性决定了桡骨头假体置换必须达到假体与患肘的精确匹配。
3.肘关节是人体复杂关节之一,肱桡关节、肱尺关节和桡尺关节协同完成肘关节活动。研究表明大部分的桡骨头凹面呈椭圆形，环状关节面亦为一不规则的自由曲面,而且凹面中心与桡骨颈的轴心存在偏心距,所以正常前臂旋转时上尺桡关节的运动类似一凸轮运动轨迹。生物力学研究证实桡骨头前臂骨间膜系统在应力的传导方面发挥不可或缺的作用。假体研制必须综合解剖学和生物力学因素，研究桡骨头假体的高度选择桡骨头较为扁平面的高度，因为此处为上尺桡关节面的高度,而且必须保证截骨平面与桡骨颈长轴垂直。为避免由于压力过于集中引起关节软骨磨损的风险，假体必须与上尺桡关节的最近端关节面相关节。
4.桡骨头假体置换的主要并发症有假体松动、疼痛、肱骨小头骨质疏松等。导致这些并发症的主要原因还是假体的匹配不满意，并且桡骨头假体在植入体内长时间后，容易造成软骨层的磨损，导致假体匹配度变差，易导致并发症的加重。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于健侧桡骨近端三维解剖定制桡骨头假体，它通过定制桡骨头假体，使假体匹配精良，生物力学性能优良，可有效避免肱骨小头的骨质疏松和关节软骨面破坏，另外在分次打印过程中，可以在作为现有技术中的外软骨层内形成软骨支撑层，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后假体松动的情况发生，同时当外软骨层处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，有效保证假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
7.2.技术方案
8.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
9.基于健侧桡骨近端三维解剖定制桡骨头假体，包括桡骨小头、假体柄以及颈圈，所述假体柄上端部与桡骨小头下端连接，所述颈圈套设在假体柄外，且颈圈与桡骨小头下端部接触，所述桡骨小头包括内桡骨小头层、连接在内桡骨小头层外的外多通透孔桡骨层以及包裹在外多通透孔桡骨层外的外软骨层，所述和内桡骨小头层之间设有内软骨层，通过
定制桡骨头假体，使假体匹配精良，生物力学性能优良，可有效避免肱骨小头的骨质疏松和关节软骨面破坏，另外在分次打印过程中，可以在作为现有技术中的外软骨层内形成软骨支撑层，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后假体松动的情况发生，同时当外软骨层处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，有效保证假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
10.进一步的，所述桡骨头假体定制方法包括以下步骤：
11.s1、采用gespeedlight16排螺旋ct薄层扫描健康成人1例双侧肘关节,排除桡骨头疾患，获取ct扫描dicom数据；
12.s2、将上述获取数据导入mimics10.0软件三维重建肘关节；
13.s3、提取左健侧桡骨近端三维模型经镜像模拟右患侧桡骨近端，再经编辑处理分割为桡骨小头和颈圈两部分；
14.s4、利用mimics10.0软件测量颈段髓内径、长度参数构建假体柄；
15.s5、将桡骨小头模型导入gcomagicstudio12软件模拟软骨加厚处理，然后导入假体柄模型生成头柄部模型；
16.s5、按解剖特点虚拟组装头柄部件，得到桡骨头假体模型。
17.s6、根据患者桡骨头假体模型，通过3d打印技术分次打印定制患者损坏一侧的实体的桡骨小头、假体柄以及颈圈，然后在桡骨小头外包覆可再生的软骨支架层，组装得到桡骨头假体。
18.进一步的，所述软骨加厚处理中，软骨加厚的厚度不超过1mm，使软骨加厚的厚度更贴近实际的厚度，显著提高本桡骨假体的实体在植入患者体内时，匹配度更高，使患者在置入假体后，恢复效果更好，术后的松动、疼痛等现象较少。
19.进一步的，所述桡骨头假体模拟结束后，需要应用mimics10.0软件测量工具对双侧桡骨近端形态学参数的对比，从而验证假体安装的匹配性。
20.进一步的，所述双侧桡骨近端形态学参数包括桡骨头最大高度﹑桡骨头颈平面最小外直径、桡骨头颈平面髓腔最大内直径和桡骨颈段髓腔长度，且相比较误差要求均小于lmm，误差越小说明匹配度越高，使假体与患者身体更加契合，恢复效果更好，有效降低患者术后长时间后的加固松动、疼痛等后遗症造成的痛苦。
21.进一步的，所述步骤s6中桡骨小头的分次打印的步骤为：
22.首先使用钛合金粉末材料打印出内桡骨小头层，并对内桡骨小头层表面进行磨毛处理，使表面粘附的雾化的胜利盐水的量更多，使其表面的粘附性更强，当向其表面粘附多个软骨小球时，使对软骨小球的粘附效果更好，不易脱落，然后在内桡骨小头层外表面喷涂雾化的生理盐水，将内桡骨小头层表面粘附多个均匀分布的软骨小球，在内桡骨小头层外再次进行外多通透孔桡骨层的打印。
23.进一步的，所述步骤s6中软骨支架层的包覆层方法为：
24.s61、首先根据桡骨小头外表面的三维数据，在其外表面构建一层外软骨层；
25.s62、穿刺外软骨层，向外多通透孔桡骨层内注入微量的组织液，使软骨小球表面在内桡骨小头层和外多通透孔桡骨层之间溶解，其内部的软骨细胞裸露；
26.s63、再次穿刺外软骨层，向外多通透孔桡骨层内注入软骨生长液，使软骨细胞在
外多通透孔桡骨层内生长，并在内桡骨小头层和外多通透孔桡骨层之间形成内软骨层，从而形成软骨支架层，大部分的软骨细胞集中在多个软骨小球处，从而有限在软骨小球处形成内软骨层，同时部分软骨细胞在软骨生长液的作用下，逐渐分散在外多通透孔桡骨层内并将外多通透孔桡骨层作为内衬附着点进行生长，配合外软骨层，使本假体中软骨层的厚度相较于单独的外软骨层，使整个软骨整体的跨度相对较厚，并且在可作为内衬的外多通透孔桡骨层的作用下，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后，假体与自身骨头之间产生松动的情况发生，使本假体植入体内后，效果更好，同时在植入体内长时间后，当外软骨层处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，显著提高假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
27.进一步的，所述外多通透孔桡骨层厚度不超过2mm，所述外软骨层厚度不超过1mm，所述内桡骨小头层和外多通透孔桡骨层打印所需的三维数据，在mimics10.0软件中根据外多通透孔桡骨层的厚度对桡骨小头的三维模型进行切割，切割后在mimics10.0软件中计算并测量三维数据。
28.进一步的，所述软骨小球包括水粘层以及包裹在水粘层外端的包液层，所述包液层内填充有带有软骨细胞的软骨生长液，此处软骨生长液有效保证其内软骨细胞的生长活性，使其从软骨小球内溢出时，在注入的软骨生长液作用下，能够生长形成软骨。
29.进一步的，所述水粘层外表面为起伏状的粗糙结构，所述且水粘层为水溶材料制成，使内桡骨小头层表面粘附雾化的生理盐水时，当水粘层部分与内桡骨小头层外表面接触时，水粘层与内桡骨小头层接触的部分，部分溶化，从而将软骨小球与内桡骨小头层表面粘附在一起，实现对软骨小球在内桡骨小头层表面的定位，在穿刺注入组织液时，水粘层部分在组织液作用下，完全溶解，此时内部的带有软骨细胞的软骨生长液溢出。
30.3.有益效果
31.相比于现有技术，本发明的优点在于：
32.(1)本方案通过定制桡骨头假体，使假体匹配精良，生物力学性能优良，可有效避免肱骨小头的骨质疏松和关节软骨面破坏，另外在分次打印过程中，可以在作为现有技术中的外软骨层内形成软骨支撑层，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后假体松动的情况发生，同时当外软骨层处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，有效保证假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
33.(2)软骨加厚处理中，软骨加厚的厚度不超过1mm，使软骨加厚的厚度更贴近实际的厚度，显著提高本桡骨假体的实体在植入患者体内时，匹配度更高，使患者在置入假体后，恢复效果更好，术后的松动、疼痛等现象较少。
34.(3)首先使用钛合金粉末材料打印出内桡骨小头层，并对内桡骨小头层表面进行磨毛处理，使表面粘附的雾化的胜利盐水的量更多，使其表面的粘附性更强，当向其表面粘附多个软骨小球时，使对软骨小球的粘附效果更好，不易脱落，然后在内桡骨小头层外表面喷涂雾化的生理盐水，将内桡骨小头层表面粘附多个均匀分布的软骨小球，在内桡骨小头层外再次进行外多通透孔桡骨层的打印。
35.(4)穿刺外软骨层，向外多通透孔桡骨层内注入软骨生长液，使软骨细胞在外多通透孔桡骨层内生长，并在内桡骨小头层和外多通透孔桡骨层之间形成内软骨层，从而形成软骨支架层，大部分的软骨细胞集中在多个软骨小球处，从而有限在软骨小球处形成内软骨层，同时部分软骨细胞在软骨生长液的作用下，逐渐分散在外多通透孔桡骨层内并将外多通透孔桡骨层作为内衬附着点进行生长，配合外软骨层，使本假体中软骨层的厚度相较于单独的外软骨层，使整个软骨整体的跨度相对较厚，并且在可作为内衬的外多通透孔桡骨层的作用下，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后，假体与自身骨头之间产生松动的情况发生，使本假体植入体内后，效果更好，同时在植入体内长时间后，当外软骨层处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，显著提高假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
36.(5)外多通透孔桡骨层厚度不超过2mm，外软骨层厚度不超过1mm，内桡骨小头层和外多通透孔桡骨层打印所需的三维数据，在mimics10.0软件中根据外多通透孔桡骨层的厚度对桡骨小头的三维模型进行切割，切割后在mimics10.0软件中计算并测量三维数据。
37.(6)软骨小球包括水粘层以及包裹在水粘层外端的包液层，包液层内填充有带有软骨细胞的软骨生长液，此处软骨生长液有效保证其内软骨细胞的生长活性，使其从软骨小球内溢出时，在注入的软骨生长液作用下，能够生长形成软骨。
38.(7)水粘层外表面为起伏状的粗糙结构，且水粘层为水溶材料制成，使内桡骨小头层表面粘附雾化的生理盐水时，当水粘层部分与内桡骨小头层外表面接触时，水粘层与内桡骨小头层接触的部分，部分溶化，从而将软骨小球与内桡骨小头层表面粘附在一起，实现对软骨小球在内桡骨小头层表面的定位，在穿刺注入组织液时，水粘层部分在组织液作用下，完全溶解，此时内部的带有软骨细胞的软骨生长液溢出。
附图说明
39.图1为本发明的桡骨头假体各部件组装后的模型结构示意图；
40.图2为本发明的桡骨头假体的模型拆分结构示意图；
41.图3为本发明的桡骨小头假体打印后的实体结构示意图；
42.图4为本发明的桡骨小头分次打印的过程结构示意图；
43.图5为本发明的内软骨层形成的过程结构示意图；
44.图6为本发明的内软骨层未形成时桡骨小头假体打印后实体的结构示意图；
45.图7为本发明的软骨小球的结构示意图。
46.图中标号说明：
47.11内桡骨小头层、12外多通透孔桡骨层、13外软骨层、14内软骨层、2软骨小球、21水粘层、22包液层。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例；都属于本发明保护的范围。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
50.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
51.实施例1：
52.请参阅图1
‑
2，基于健侧桡骨近端三维解剖定制桡骨头假体，包括桡骨小头、假体柄以及颈圈，假体柄上端部与桡骨小头下端连接，颈圈套设在假体柄外，且颈圈与桡骨小头下端部接触。
53.请参阅图3，桡骨小头包括内桡骨小头层11、连接在内桡骨小头层11外的外多通透孔桡骨层12以及包裹在外多通透孔桡骨层12外的外软骨层13，和内桡骨小头层11之间设有内软骨层14，外多通透孔桡骨层12厚度不超过2mm，外软骨层13厚度不超过1mm，内桡骨小头层11和外多通透孔桡骨层12打印所需的三维数据，在mimics10.0软件中根据外多通透孔桡骨层12的厚度对桡骨小头的三维模型进行切割，切割后在mimics10.0软件中计算并测量三维数据。
54.桡骨头假体定制方法包括以下步骤：
55.s1、采用gespeedlight16排螺旋ct薄层扫描健康成人1例双侧肘关节,排除桡骨头疾患，获取ct扫描dicom数据；
56.s2、将上述获取数据导入mimics10.0软件三维重建肘关节；
57.s3、提取左健侧桡骨近端三维模型经镜像模拟右患侧桡骨近端，再经编辑处理分割为桡骨小头和颈圈两部分；
58.s4、利用mimics10.0软件测量颈段髓内径、长度参数构建假体柄；
59.s5、将桡骨小头模型导入gcomagicstudio12软件模拟软骨加厚处理，然后导入假体柄模型生成头柄部模型；
60.s5、按解剖特点虚拟组装头柄部件，得到桡骨头假体模型。
61.s6、根据患者桡骨头假体模型，通过3d打印技术分次打印定制患者损坏一侧的实体的桡骨小头、假体柄以及颈圈，然后在桡骨小头外包覆可再生的软骨支架层，组装得到桡骨头假体；
62.请参阅图4，桡骨小头的分次打印的步骤为：
63.首先使用钛合金粉末材料打印出内桡骨小头层11，并对内桡骨小头层11表面进行磨毛处理，使表面粘附的雾化的胜利盐水的量更多，使其表面的粘附性更强，当向其表面粘附多个软骨小球2时，使对软骨小球2的粘附效果更好，不易脱落，然后在内桡骨小头层11外表面喷涂雾化的生理盐水，将内桡骨小头层11表面粘附多个均匀分布的软骨小球2，在内桡
骨小头层11外再次进行外多通透孔桡骨层12的打印。
64.请参阅图5，软骨支架层的包覆层方法为：
65.s61、首先根据桡骨小头外表面的三维数据，在其外表面构建一层外软骨层13；
66.s62、穿刺外软骨层13，向外多通透孔桡骨层12内注入微量的组织液，使软骨小球2表面在内桡骨小头层11和外多通透孔桡骨层12之间溶解，其内部的软骨细胞裸露；
67.s63、再次穿刺外软骨层13，向外多通透孔桡骨层12内注入软骨生长液，使软骨细胞在外多通透孔桡骨层12内生长，并在内桡骨小头层11和外多通透孔桡骨层12之间形成内软骨层14，从而形成软骨支架层，大部分的软骨细胞集中在多个软骨小球2处，从而有限在软骨小球2处形成内软骨层14，同时部分软骨细胞在软骨生长液的作用下，逐渐分散在外多通透孔桡骨层12内并将外多通透孔桡骨层12作为内衬附着点进行生长，配合外软骨层13，使本假体中软骨层的厚度相较于单独的外软骨层13，使整个软骨整体的跨度相对较厚，并且在可作为内衬的外多通透孔桡骨层12的作用下，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后，假体与自身骨头之间产生松动的情况发生，使本假体植入体内后，效果更好，同时在植入体内长时间后，当外软骨层13处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层12内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，显著提高假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使用寿命。
68.软骨加厚处理中，软骨加厚的厚度不超过1mm，使软骨加厚的厚度更贴近实际的厚度，显著提高本桡骨假体的实体在植入患者体内时，匹配度更高，使患者在置入假体后，恢复效果更好，术后的松动、疼痛等现象较少，桡骨头假体模拟结束后，需要应用mimics10.0软件测量工具对双侧桡骨近端形态学参数的对比，从而验证假体安装的匹配性，双侧桡骨近端形态学参数包括桡骨头最大高度﹑桡骨头颈平面最小外直径、桡骨头颈平面髓腔最大内直径和桡骨颈段髓腔长度，且相比较误差要求均小于lmm，误差越小说明匹配度越高，使假体与患者身体更加契合，恢复效果更好，有效降低患者术后长时间后的加固松动、疼痛等后遗症造成的痛苦。
69.请参阅图7，软骨小球2包括水粘层21以及包裹在水粘层21外端的包液层22，包液层22内填充有带有软骨细胞的软骨生长液，此处软骨生长液有效保证其内软骨细胞的生长活性，使其从软骨小球2内溢出时，在注入的软骨生长液作用下，能够生长形成软骨，水粘层21外表面为起伏状的粗糙结构，且水粘层21为水溶材料制成，使内桡骨小头层11表面粘附雾化的生理盐水时，当水粘层21部分与内桡骨小头层11外表面接触时，水粘层21与内桡骨小头层11接触的部分，部分溶化，从而将软骨小球2与内桡骨小头层11表面粘附在一起，实现对软骨小球2在内桡骨小头层11表面的定位，在穿刺注入组织液时，水粘层21部分在组织液作用下，完全溶解，此时内部的带有软骨细胞的软骨生长液溢出。
70.通过定制桡骨头假体，使假体匹配精良，生物力学性能优良，可有效避免肱骨小头的骨质疏松和关节软骨面破坏，另外在分次打印过程中，可以在作为现有技术中的外软骨层13内形成软骨支撑层，使软骨层自身的支撑强度较高，有效避免现有技术中假体上软骨局部磨损后假体松动的情况发生，同时当外软骨层13处局部被磨损后，外多通透孔桡骨层12内软骨生长液沿着磨损处渗出，有效引导软骨细胞在磨损处生长，进而实现磨损的软骨处自修复的作用，相较于现有技术，有效保证假体与患者的适配性，提高患者体内假体的使
用寿命。
71.以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。