基于3d打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，通過(guò)將踝關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描后得到的圖像進(jìn)行距骨的單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重建影像模型，并根據(jù)三維重建影像模型上顯示的病灶區(qū)域標(biāo)識(shí)出待處理空間，基于該待處理空間生成帶有螺釘孔的3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板，最后將待處理空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理切層并導(dǎo)出得到層切數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印得到人造距骨部件及截骨導(dǎo)板。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍距骨骨軟骨損傷的治療，病灶清除后距骨缺損的修復(fù)重建。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療內(nèi)植物及輔助器械制備領(lǐng)域的技術(shù)，具體是基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]距骨骨軟骨損傷(0CL)較為常見(jiàn)，可見(jiàn)于踝關(guān)節(jié)骨折脫位、各種運(yùn)動(dòng)損傷、慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定、中后足力線異常及其他代謝性異常。其可導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)疼痛腫脹和功能障礙，長(zhǎng)期的病損更會(huì)導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)炎，嚴(yán)重影響行走功能和生活質(zhì)量。距骨骨軟骨損傷的治療是臨床難點(diǎn)，現(xiàn)在較為普遍接受的治療方法是:當(dāng)損傷范圍〈1.5cm3時(shí)關(guān)節(jié)鏡及微骨折處理；當(dāng)損傷范圍>1.5cm3并<3cm3時(shí)使用自體骨軟骨移植；當(dāng)損傷范圍>3cm3時(shí)病灶清除后使用同種異體骨修復(fù)重建。
[0003]對(duì)于大范圍的距骨骨軟骨損傷目前較普遍采用的方法是病灶清除后采用同種異體骨移植，取異體骨時(shí)人為目測(cè)截除的受體距骨病灶的三維立體幾何形狀從異體距骨上截取相應(yīng)部分作修復(fù)重建。此方法帶有較強(qiáng)的主觀性和不準(zhǔn)確性，而且距骨形態(tài)不規(guī)則，每個(gè)人的距骨大小形態(tài)弧度等并不相同，取得的異體骨不能與受體距骨進(jìn)行精確的匹配重建， 容易出現(xiàn)切取的異體骨與受體距骨的大小形態(tài)弧度不一致關(guān)節(jié)面不平整的情況，導(dǎo)致術(shù)后關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)力異常、骨性關(guān)節(jié)炎等，出現(xiàn)療效不佳或手術(shù)失敗。而且國(guó)內(nèi)的同種異體骨的來(lái)源非常有限，植入后仍存在異體骨排異的可能性，故不能得到廣泛應(yīng)用。目前對(duì)于損傷范圍〉 3cm3的距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建仍沒(méi)有很好的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效進(jìn)行大范圍距骨骨軟骨損傷的病灶清除后形成的骨軟骨缺損的修復(fù)重建等等不足，提出一種基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍距骨骨軟骨損傷病灶清除后距骨缺損的修復(fù)重建。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明通過(guò)將踝關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描后得到的圖像進(jìn)行距骨的單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重建影像模型，并根據(jù)三維重建影像模型上顯示的病灶區(qū)域標(biāo)識(shí)出待處理空間，基于該待處理空間生成帶有螺釘孔的3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板，最后將待處理空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理切層并導(dǎo)出得到層切數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印得到人造距骨部件及截骨導(dǎo)板。
[0007]本發(fā)明具體包括以下步驟:
[0008]步驟1、將踝關(guān)節(jié)CT掃描后，通過(guò)單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重建影像模型。
[0009]步驟2、將三維重建影像模型導(dǎo)出為stl格式，將此.stl數(shù)據(jù)導(dǎo)入materialize公司的3-matic軟件，根據(jù)距骨影像上顯示的病灶位置和范圍，在X，Y，Z三個(gè)軸上設(shè)計(jì)病灶清除的范圍，根據(jù)此位置及范圍設(shè)計(jì)3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板。
[0010]步驟3、在三維重建影像模型的3D打印距骨部件上設(shè)計(jì)兩個(gè)螺釘孔，將設(shè)計(jì)好的距骨部件模型導(dǎo)出.stl格式，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入magics軟件進(jìn)行打印前數(shù)據(jù)處理切層并導(dǎo)出得到層切數(shù)據(jù)。
[0011]步驟4、將切層數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)使用鈦合金進(jìn)行3D打印，得到與受體距骨形態(tài)完全匹配的部件，然后對(duì)打印出的假體進(jìn)行去支撐，熱處理，拋光等后處理得到成品。技術(shù)效果
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，得到的3D打印距骨部件形態(tài)與切除的病灶完全吻合，與剩余的距骨弧度形態(tài)高度匹配，這是現(xiàn)在使用的同種異體骨重建所達(dá)不到的。而且，由于同種異體骨可能會(huì)出現(xiàn)一定的排異反應(yīng)，而3D打印距骨部件使用的是在髖膝等假體植入物中已使用多年的成熟的鈦合金金屬，生物相容性好，生物安全性好，骨-多孔金屬界面可有骨長(zhǎng)入使之成為安全穩(wěn)定的修復(fù)重建方式?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇13]圖1為距骨骨軟骨損傷病灶清理截骨導(dǎo)板示意圖；
[0014]圖2為距骨骨軟骨損傷3D打印模型設(shè)計(jì)示意圖；[〇〇15]圖中:A、B)為計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)3D打印距骨部件嵌入受體距骨并以螺釘固定，鈦合金金屬打印部件多孔結(jié)構(gòu)有利于骨長(zhǎng)入;C)為3D打印距骨部件及病灶清理截骨后距骨;D) 為3D打印距骨部件嵌入受體距骨，與受體距骨匹配良好。【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖2所示，本實(shí)施例包括以下步驟:[〇〇17]步驟1、將踝關(guān)節(jié)以層厚0.625mm的方式進(jìn)行CT掃描后得到.dcm格式的文件，使用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件3DRecon進(jìn)行距骨的單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重建影像模型；[〇〇18]步驟2、將距骨部件模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為stl格式，將此.stl數(shù)據(jù)導(dǎo)入materialize公司的3-matic軟件，根據(jù)距骨影像上顯示的病灶位置和范圍，在X，Y，Z三個(gè)軸上設(shè)計(jì)病灶清除的范圍，根據(jù)此位置及范圍設(shè)計(jì)3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板；[〇〇19]步驟3、在此距骨部件上設(shè)計(jì)兩個(gè)螺釘孔，將設(shè)計(jì)好的距骨部件模型導(dǎo)出.stl格式，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入magics軟件進(jìn)行打印前數(shù)據(jù)處理切層并導(dǎo)出得到層切數(shù)據(jù)；
[0020]所述的兩個(gè)螺釘孔，其中一枚與距骨關(guān)節(jié)面平行，一枚成30°，可置入直徑3.2mm埋頭螺釘以便與受體距骨固定。[〇〇21]步驟4、將切層數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)使用鈦合金進(jìn)行3D打印，得到與受體距骨完全匹配的部件，然后對(duì)打印出的假體進(jìn)行去支撐，熱處理，拋光等后處理得到成品。[〇〇22]本發(fā)明應(yīng)用3D打印的距骨部件大小形態(tài)和在截骨導(dǎo)板指引下截除的距骨病灶完全一致，植入后與受體距骨形態(tài)高度匹配，螺釘固定提供了部件的穩(wěn)定性，多孔的鈦合金金屬結(jié)構(gòu)有利于骨長(zhǎng)入及骨融合。
[0023]上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，其特征在于，通過(guò)將踝 關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描后得到的圖像進(jìn)行距骨的單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重 建影像模型，并根據(jù)三維重建影像模型上顯示的病灶區(qū)域標(biāo)識(shí)出待處理空間，基于該待處 理空間生成帶有螺釘孔的3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板，最后將待處理空間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理切 層并導(dǎo)出得到層切數(shù)據(jù)，通過(guò)3D打印得到人造距骨部件及截骨導(dǎo)板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，其特 征是，具體包括以下步驟:步驟1、將踝關(guān)節(jié)CT掃描后，通過(guò)單個(gè)骨分割及三維重建得到單獨(dú)距骨的三維重建影像 豐旲型；步驟2、將三維重建影像模型導(dǎo)出為stl格式，將此.stl數(shù)據(jù)導(dǎo)入materialize公司的3-matic軟件，根據(jù)距骨影像上顯示的病灶位置和范圍，在X，Y，Z三個(gè)軸上設(shè)計(jì)病灶清除的范 圍，根據(jù)此位置及范圍設(shè)計(jì)3D打印距骨部件及截骨導(dǎo)板；步驟3、在三維重建影像模型的3D打印距骨部件上設(shè)計(jì)兩個(gè)螺釘孔，將設(shè)計(jì)好的距骨部 件模型導(dǎo)出.stl格式，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入magics軟件進(jìn)行打印前數(shù)據(jù)處理切層并導(dǎo)出得到層切數(shù) 據(jù)；步驟4、將切層數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)使用鈦合金進(jìn)行3D打印，得到與受體距骨完全匹配的 部件，然后對(duì)打印出的假體進(jìn)行去支撐、熱處理和拋光處理得到成品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，其特 征是，所述的CT掃描，具體是指:將踝關(guān)節(jié)以層厚0.625mm的方式進(jìn)行CT掃描后得到.dcm格 式的文件。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，其特 征是，所述的三維重建影像模型，通過(guò)使用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件3DRecon進(jìn)行距骨的單個(gè)骨分 割及三維重建得到。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于3D打印的大范圍距骨骨軟骨損傷的修復(fù)重建方法，其特 征是，所述的兩個(gè)螺釘孔，其中一枚與距骨關(guān)節(jié)面平行，一枚成30°，可置入直徑3.2mm埋頭 螺釘以便與受體距骨固定。
【文檔編號(hào)】A61F2/28GK105997307SQ201610303878
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】王碧菠
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院