基于3d打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法
【专利摘要】一种基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，通过将踝关节进行CT扫描后得到的图像进行距骨的单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重建影像模型，并根据三维重建影像模型上显示的病灶区域标识出待处理空间，基于该待处理空间生成带有螺钉孔的3D打印距骨部件及截骨导板，最后将待处理空间进行数据处理切层并导出得到层切数据，通过3D打印得到人造距骨部件及截骨导板。本发明能够实现大范围距骨骨软骨损伤的治疗，病灶清除后距骨缺损的修复重建。
【专利说明】
基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种医疗内植物及辅助器械制备领域的技术，具体是基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法。【背景技术】
[0002]距骨骨软骨损伤(0CL)较为常见，可见于踝关节骨折脱位、各种运动损伤、慢性踝关节不稳定、中后足力线异常及其他代谢性异常。其可导致踝关节疼痛肿胀和功能障碍，长期的病损更会导致踝关节和距下关节炎，严重影响行走功能和生活质量。距骨骨软骨损伤的治疗是临床难点，现在较为普遍接受的治疗方法是:当损伤范围〈1.5cm3时关节镜及微骨折处理；当损伤范围>1.5cm3并<3cm3时使用自体骨软骨移植；当损伤范围>3cm3时病灶清除后使用同种异体骨修复重建。
[0003]对于大范围的距骨骨软骨损伤目前较普遍采用的方法是病灶清除后采用同种异体骨移植，取异体骨时人为目测截除的受体距骨病灶的三维立体几何形状从异体距骨上截取相应部分作修复重建。此方法带有较强的主观性和不准确性，而且距骨形态不规则，每个人的距骨大小形态弧度等并不相同，取得的异体骨不能与受体距骨进行精确的匹配重建， 容易出现切取的异体骨与受体距骨的大小形态弧度不一致关节面不平整的情况，导致术后关节内应力异常、骨性关节炎等，出现疗效不佳或手术失败。而且国内的同种异体骨的来源非常有限，植入后仍存在异体骨排异的可能性，故不能得到广泛应用。目前对于损伤范围〉 3cm3的距骨骨软骨损伤的修复重建仍没有很好的方法。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术无法有效进行大范围距骨骨软骨损伤的病灶清除后形成的骨软骨缺损的修复重建等等不足，提出一种基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，能够实现大范围距骨骨软骨损伤病灶清除后距骨缺损的修复重建。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明通过将踝关节进行CT扫描后得到的图像进行距骨的单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重建影像模型，并根据三维重建影像模型上显示的病灶区域标识出待处理空间，基于该待处理空间生成带有螺钉孔的3D打印距骨部件及截骨导板，最后将待处理空间进行数据处理切层并导出得到层切数据，通过3D打印得到人造距骨部件及截骨导板。
[0007]本发明具体包括以下步骤:
[0008]步骤1、将踝关节CT扫描后，通过单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重建影像模型。
[0009]步骤2、将三维重建影像模型导出为stl格式，将此.stl数据导入materialize公司的3-matic软件，根据距骨影像上显示的病灶位置和范围，在X，Y，Z三个轴上设计病灶清除的范围，根据此位置及范围设计3D打印距骨部件及截骨导板。
[0010]步骤3、在三维重建影像模型的3D打印距骨部件上设计两个螺钉孔，将设计好的距骨部件模型导出.stl格式，将数据导入magics软件进行打印前数据处理切层并导出得到层切数据。
[0011]步骤4、将切层数据导入3D打印机使用钛合金进行3D打印，得到与受体距骨形态完全匹配的部件，然后对打印出的假体进行去支撑，热处理，抛光等后处理得到成品。技术效果
[0012]本发明与现有技术相比，得到的3D打印距骨部件形态与切除的病灶完全吻合，与剩余的距骨弧度形态高度匹配，这是现在使用的同种异体骨重建所达不到的。而且，由于同种异体骨可能会出现一定的排异反应，而3D打印距骨部件使用的是在髋膝等假体植入物中已使用多年的成熟的钛合金金属，生物相容性好，生物安全性好，骨-多孔金属界面可有骨长入使之成为安全稳定的修复重建方式。【附图说明】[〇〇13]图1为距骨骨软骨损伤病灶清理截骨导板示意图；
[0014]图2为距骨骨软骨损伤3D打印模型设计示意图；[〇〇15]图中:A、B)为计算机模型设计3D打印距骨部件嵌入受体距骨并以螺钉固定，钛合金金属打印部件多孔结构有利于骨长入;C)为3D打印距骨部件及病灶清理截骨后距骨;D) 为3D打印距骨部件嵌入受体距骨，与受体距骨匹配良好。【具体实施方式】
[0016]如图2所示，本实施例包括以下步骤:[〇〇17]步骤1、将踝关节以层厚0.625mm的方式进行CT扫描后得到.dcm格式的文件，使用医学图像处理软件3DRecon进行距骨的单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重建影像模型；[〇〇18]步骤2、将距骨部件模型数据导出为stl格式，将此.stl数据导入materialize公司的3-matic软件，根据距骨影像上显示的病灶位置和范围，在X，Y，Z三个轴上设计病灶清除的范围，根据此位置及范围设计3D打印距骨部件及截骨导板；[〇〇19]步骤3、在此距骨部件上设计两个螺钉孔，将设计好的距骨部件模型导出.stl格式，将数据导入magics软件进行打印前数据处理切层并导出得到层切数据；
[0020]所述的两个螺钉孔，其中一枚与距骨关节面平行，一枚成30°，可置入直径3.2mm埋头螺钉以便与受体距骨固定。[〇〇21]步骤4、将切层数据导入3D打印机使用钛合金进行3D打印，得到与受体距骨完全匹配的部件，然后对打印出的假体进行去支撑，热处理，抛光等后处理得到成品。[〇〇22]本发明应用3D打印的距骨部件大小形态和在截骨导板指引下截除的距骨病灶完全一致，植入后与受体距骨形态高度匹配，螺钉固定提供了部件的稳定性，多孔的钛合金金属结构有利于骨长入及骨融合。
[0023]上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
【主权项】
1.一种基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，其特征在于，通过将踝 关节进行CT扫描后得到的图像进行距骨的单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重 建影像模型，并根据三维重建影像模型上显示的病灶区域标识出待处理空间，基于该待处 理空间生成带有螺钉孔的3D打印距骨部件及截骨导板，最后将待处理空间进行数据处理切 层并导出得到层切数据，通过3D打印得到人造距骨部件及截骨导板。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，其特 征是，具体包括以下步骤:步骤1、将踝关节CT扫描后，通过单个骨分割及三维重建得到单独距骨的三维重建影像 丰旲型；步骤2、将三维重建影像模型导出为stl格式，将此.stl数据导入materialize公司的3-matic软件，根据距骨影像上显示的病灶位置和范围，在X，Y，Z三个轴上设计病灶清除的范 围，根据此位置及范围设计3D打印距骨部件及截骨导板；步骤3、在三维重建影像模型的3D打印距骨部件上设计两个螺钉孔，将设计好的距骨部 件模型导出.stl格式，将数据导入magics软件进行打印前数据处理切层并导出得到层切数 据；步骤4、将切层数据导入3D打印机使用钛合金进行3D打印，得到与受体距骨完全匹配的 部件，然后对打印出的假体进行去支撑、热处理和抛光处理得到成品。3.根据权利要求2所述的基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，其特 征是，所述的CT扫描，具体是指:将踝关节以层厚0.625mm的方式进行CT扫描后得到.dcm格 式的文件。4.根据权利要求2所述的基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，其特 征是，所述的三维重建影像模型，通过使用医学图像处理软件3DRecon进行距骨的单个骨分 割及三维重建得到。5.根据权利要求2所述的基于3D打印的大范围距骨骨软骨损伤的修复重建方法，其特 征是，所述的两个螺钉孔，其中一枚与距骨关节面平行，一枚成30°，可置入直径3.2mm埋头 螺钉以便与受体距骨固定。
【文档编号】A61F2/28GK105997307SQ201610303878
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】王碧菠
【申请人】上海交通大学医学院附属瑞金医院