基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法

摘要

基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法，包括；建模，分析病情；模拟骨折复位；确定内固定装置的位置；确定骨折复位后，复位克氏针的位置；确定骨折复位前，复位克氏针的位置；设计骨折复位前导向工具；设计骨折内固定物置入导板；将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验。

权利要求

1.基于数字化3D打印的跟骨骨折闭合复位内固定辅助装置，其特征在于，该装置的制备包括如下步骤：步骤一、建模，分析病情：

将患者术前的跟骨骨折CT数据导入计算机，通过软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情；

步骤二、模拟骨折复位：

将“三维立体跟骨骨折数字化模型”，在计算机上用Magics软件实施“骨折块复位”步骤三、确定内固定装置的位置：通过计算机的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里模拟内固定装置的安装，反复验证，直至完成计算机模拟手术；

步骤四、确定骨折复位后，复位克氏针的位置：

将“复位后的跟骨骨折数字化模型”里插入复位克氏针，其主要目的是制作几个与骨折块形成刚性连接的指向物，临时固定起到标记作用；

步骤五、确定骨折复位前，复位克氏针的位置：

将已经连接复位克氏针的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里的各骨折块按步骤一中“三维立体跟骨骨折数字化模型”中的位置进行还原，维持复位克氏针和对应骨折块的相对位置不变，得到骨折复位前复位克氏针置入的方位；

步骤六、设计骨折复位前导向工具：

在计算机上，设计“复位前导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合在跟骨周围，并且只有唯一的方位与“骨折复位前的复位克氏针”相结合；

步骤七、设计骨折内固定物置入导板：

在计算机上，设计“骨折内固定物置入导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合“骨折复位后的复位克氏针”，并且只有唯一的方位与“内固定装置”相结合；

步骤八、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验，如果合格，则进行消毒，备用，之后按照上述设计的模型进行实际操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述步骤一中，CT数据为DICOM格式，软件为Mimisc软件。

说明书

基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印与骨折复位固定领域，特别涉及基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法。

背景技术

[0002] 骨折闭合复位内固定术：是指先将骨折进行闭合复位，然后进行内固定的一种手术方式，是骨折闭合复位术和骨折内固定术的联合过程。

[0003] 骨折闭合复位术：在不切开不暴露骨折区域的情况下恢复骨折块之间正确的解剖关系的一种手术方式。

[0004] 骨折内固定术：通过螺钉、钢板、髓内针、钢丝等内固定装置将各骨折块连成一个整体，帮助骨折维持在相对固定的位置上愈合的一种手术方式。

[0005] 数字化技术设计手术：将患者疾病情况在计算机上进行分析，通过三维重建、虚拟测算等技术的帮助，在计算机上模拟手术过程，确定最佳的手术方案。

[0006] 3D打印：是增材制造的一种，一种快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

[0007] 跟骨骨折是一种十分常见的多发病，其最常见的治疗方式分为两种，分别是切开复位内固定术和闭合复位内固定术。

[0008] 其中，闭合复位内固定术有着许多优点，比如它能有效规避切开复位内固定术导致的手术切口很容易产生不愈合、坏死、感染等并发症，但是闭合复位内固定术目前仍需要使用微小切口切开暴露距下关节，并且需要大量的进行术中X线透视，更让人头疼的是，闭合复位对于术者技术要求极高，很容易造成复位不满意，固定不满意，手术时间长，创伤大等不良后果。

[0009] 目前，跟骨骨折闭合复位内固定术的基本步骤、相应特点和缺点如下：

[0010]

[0011]

[0012] 这些缺点成了亟待解决的问题，随着数字化技术和3D打印(增材制造)技术的不断发展，本团队发明一种全新的跟骨骨折闭合复位内固定的手术思路。

[0013] 解决了：

[0014] 1.术前，不能直观地了解跟骨骨折的详细情况；

[0015] 2.术前，不能直观反复地进行手术规划、模拟手术，从而确定跟骨骨折闭合复位内固定手术方案；

[0016] 3.术前，不能确定完全确定内固定装置的类型、型号；

[0017] 4.术中，仍需要行微小切口暴露距下关节面；

[0018] 5.术中，必须通过实时查看(如：距下关节微小切口、反复术中X线透视等)才能明确跟骨骨折情况；

[0019] 6.术中，需要反复尝试才能得到满意的复位；

[0020] 7.术中，内固定装置的安装位置不精准；

[0021] 8.术中，需要多次的临时固定，或需要反复安装内固定装置；

[0022] 9.术中，必须通过反复术中X线透视指引或验证才能安装内固定装置。等问题。

发明内容

[0023] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法。通过虚拟技术设计骨折手术方案，并将通过3D打印工具的辅助，帮助手术过程全程按术前设计方案进行，从而保障个性化精准医疗。

[0024] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：

[0025] 基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法。包括：术前计算机设计和导向工具制作及手术实施两大部分，其中，术前计算机设计和导向工具制作具体步骤为：

[0026] 步骤一、建模，分析病情：

[0027] 将患者术前的跟骨骨折CT数据导入计算机，通过软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情；

[0028] 步骤二、模拟骨折复位：

[0029] 将“三维立体跟骨骨折数字化模型”，在计算机上用Magics软件实施“骨折块复位”[0030] 步骤三、确定内固定装置的位置：

[0031] 通过计算机的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里模拟内固定装置的安装，反复验证，直至完成计算机模拟手术；

[0032] 步骤四、确定骨折复位后，复位克氏针的位置：

[0033] 将“复位后的跟骨骨折数字化模型”里插入复位克氏针，其主要目的是制作几个与骨折块形成刚性连接的指向物，临时固定起到标记作用；

[0034] 步骤五、确定骨折复位前，复位克氏针的位置：

[0035] 将已经连接复位克氏针的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里的各骨折块按步骤一中“三维立体跟骨骨折数字化模型”中的位置进行还原，维持复位克氏针和对应骨折块的相对位置不变，得到骨折复位前复位克氏针置入的方位；

[0036] 步骤六、设计骨折复位前导向工具：

[0037] 在计算机上，设计“复位前导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合在跟骨周围，并且只有唯一的方位与“骨折复位前的复位克氏针”相结合；

[0038] 步骤七、设计骨折内固定物置入导板；

[0039] 在计算机上，设计“骨折内固定物置入导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合“骨折复位后的复位克氏针”，并且只有唯一的方位与“内固定装置”相结合；

[0040] 步骤八、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：

[0041] 将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验，如果合格，则进行消毒，备用，之后按照上述设计的模型进行实际操作。

[0042] 进一步的，所述步骤一中，CT数据为DICOM格式，软件为Mimisc软件。

[0043] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：

[0044] 本发明方法通过虚拟技术设计骨折手术方案，并将通过3D打印工具的辅助，帮助手术过程全程按术前设计方案进行，从而保障个性化精准医疗，从而解决目前该手术存在的一系列不足，减少手术时间，减少创伤和并发症，减少术中X线透视，有利于保护医生和患者。

[0045] 总的来说，就是使手术过程更快、更准、更安全：

[0046] 1.术前，可以直观地了解跟骨骨折的详细情况，并对骨折情况做到了如指掌，心中有数；

[0047] 2.术前，可以直观反复地进行手术规划、模拟手术，从而确定跟骨骨折闭合复位内固定手术的方案；

[0048] 3.术前，可以基本确定内固定的类型、型号；

[0049] 4.术中，不再需要行小切口暴露距下关节面；

[0050] 5.术中，通过导板的引导，能按术前计划一步到位完成骨折的复位；

[0051] 6.术中，通过导板的引导，能按术前计划精准安装内固定装置；

[0052] 7.术中，通过导板的引导，能按术前计划一步到位安装内固定装置；

[0053] 8.术中，减少使用甚至不需要使用术中X线透视；

[0054] 减少手术时间，减少手术损伤，减少并发症，减少医务人员的X射线辐射量。

附图说明

[0055] 图1为本发明方法内固定的示意图。

[0056] 图2为本发明方法中克氏针与贴合盔甲结合示意图。

[0057] 图3为本发明贴合盔甲穿戴后结构示意图。

[0058] 图4为本发明骨折复位前导向工具的结构示意图。

[0059] 图5本发明骨折复位前导向工具的侧视图。

具体实施方式

[0060] 下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

[0061] 如图1-5所示，

[0062] 基于数字化3D打印工具的跟骨骨折闭合复位内固定辅助方法。包括：术前计算机设计和导向工具制作及手术实施两大部分，其中，术前计算机设计和导向工具制作具体步骤为：

[0063] 步骤一、建模，分析病情：

[0064] 将患者术前的跟骨骨折CT数据导入计算机，通过软件重建后得到“三维立体骨折数字化模型”，并分析病情；

[0065] 步骤二、模拟骨折复位：

[0066] 将“三维立体跟骨骨折数字化模型”，在计算机上用Magics软件实施“骨折块复位”[0067] 步骤三、确定内固定装置的位置：

[0068] 通过计算机的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里模拟内固定装置的安装，反复验证，直至完成计算机模拟手术；

[0069] 步骤四、确定骨折复位后，复位克氏针的位置：

[0070] 将“复位后的跟骨骨折数字化模型”里插入复位克氏针，其主要目的是制作几个与骨折块形成刚性连接的指向物，临时固定起到标记作用；

[0071] 步骤五、确定骨折复位前，复位克氏针的位置：

[0072] 将已经连接复位克氏针的“复位后的跟骨骨折数字化模型”里的各骨折块按步骤一中“三维立体跟骨骨折数字化模型”中的位置进行还原，维持复位克氏针和对应骨折块的相对位置不变，得到骨折复位前复位克氏针置入的方位；

[0073] 步骤六、设计骨折复位前导向工具：

[0074] 在计算机上，设计“复位前导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合在跟骨周围，并且只有唯一的方位与“骨折复位前的复位克氏针”相结合；

[0075] 步骤七、设计骨折内固定物置入导板：

[0076] 在计算机上，设计“骨折内固定物置入导向工具”，该导向工具只能通过唯一的方位结合“骨折复位后的复位克氏针”，并且只有唯一的方位与“内固定装置”相结合；

[0077] 步骤八、将所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验：

[0078] 将上述所有导向工具通过3D打印制备出来，并进行检验，如果合格，则进行消毒，备用，之后按照上述设计的模型进行实际操作。

[0079] 进一步的，所述步骤一中，CT数据为DICOM格式，软件为Mimisc软件。

[0080] 实验例1：

[0081] 第一部分术前计算机设计和导向工具制作

[0082] 1、建模，分析病情：

[0083] 将患者术前的跟骨骨折的CT数据(DICOM格式)导入计算机，通过Mimisc软件重建后得到跟骨骨折的“三维立体骨折数字化模型”，充分了解骨折情况，分析病情，可知左跟骨粉碎性骨折，跟骨内翻18°，Bohler角减小到11°，距下关节面和跟骰关节都不平整。

[0084] 2、模拟骨折复位：

[0085] 将“三维立体骨折数字化模型”存为SLT格式，用Magics软件进行病情分析，并在计算机上实施“骨折块复位”，复位后，跟骨内翻得到纠正，Bohler角恢复到32°，距下关节面和跟骰关节都恢复平整。

[0086] 3、确定内固定的位置：

[0087] 计算机上，在“复位后的骨折数字化模型”里模拟内固定装置的安装，反复验证后得知，需要3个内固定装置，分别是用一枚长36mm，直径5mm的皮质骨螺钉由外向内从前距下关节面水平穿过两层皮质固定距下关节，从跟骨结节正后方用一枚长76mm，直径6.5mm的空心钉串到跟骰关节，从跟骨结节下方用一枚长56mm，直径6.5mm的空心钉串到中距下关节。

[0088] 4、确定骨折复位后，复位克氏针的位置：

[0089] 计算机上，将“复位后的骨折数字化模型”里插入复位克氏针，经过反复尝试，发现在跟骨结节后下方、跟骨载距突和中距下关节面外侧各置入1根3.0克氏针合适，这3根克氏针与相应骨折块形成刚性的连接，既可以用来把持骨折块进行复位，又可以用来指引骨折块方位。

[0090] 5、确定骨折复位前，复位克氏针的位置：

[0091] 计算机上，将已经置入复位克氏针的“复位后的骨折数字化模型”里的各骨折块按骨折前位置进行还原，维持复位克氏针和对应骨折块的相对位置不变，得到骨折复位前复位克氏针置入的方位

[0092] 6、设计复位克氏针植入导板：

[0093] 计算机上，设计复位克氏针植入导板，该导板设计出盔甲状，只能通过唯一的方位结合在患者右侧足踝部，并且复位克氏针只有唯一的方位穿过该导板通过跟骨结节后下方、跟骨载距突和中距下关节面外侧进入到相应骨折块。

[0094] 当设计满意后，将复位克氏针植入导板用3D打印方式制作出来，反复检验后消毒备用。

[0095] 7、设计内固定物植入导板：

[0096] 计算机上，设计“内固定物植入导板”，该导板只能通过唯一的方位结合复位克氏针，并且拥有3各唯一的方位的导向部件，指引1枚皮质骨螺钉和2枚空心钉的置入。

[0097] 当设计满意后，将内固定物植入导板用3D打印方式制作出来，反复检验后消毒备用。

[0098] 第二部分手术实施

[0099] 8、安装导板引导穿入复位克氏针：

[0100] 将盔甲式复位克氏针植入导板安装到患者右侧足踝部，此时有且仅有一个姿势能使得导板安装到位，之后通过3个带限深功能的导向孔，将3枚3.0克氏针植入[0101] 9、拆除导板利用克氏针复位骨折：

[0102] 将“克氏针植入导板”拆除，并保留复位克氏针，之后按术前计划进行复位[0103] 10、安装骨折固定物置入导板，利用其引导骨折复位，并利用其临时维持骨折复位位置：

[0104] 安装“骨折固定物置入导板”，按术前规划进行复位，利用“骨折固定物置入导板”与“复位克氏针”相对位置的唯一性，将骨折块进行精准复位，利用其临时维持骨折复位位置

[0105] 11、引导安装皮质骨螺钉和空心钉：

[0106] 按导板的指引，引导安装1枚皮质骨螺钉(固定距下关节，直径5mm,长36mm)和2枚空心钉(1枚打向跟骰关节，直径6.5mm,长76mm；另1枚打向距下关节，直径6.5mm,长56mm)。

[0107] 皮质骨螺钉导向部件为双套筒设计，先用小套筒引导钻花完成钻孔，再用大套筒引导皮质骨螺钉的安装。

[0108] 空心钉导向部件也为双套筒设计，先用小套筒引导导针的植入，再用大套筒引导空心钉的安装。

[0109] 12、拆除导板和克氏针，完成手术：

[0110] 在C臂下检查骨折及内固定位置满意后，拆除导板和克氏针，冲洗手术切口，缝皮，加压包扎，完成手术。

[0111] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。