一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法

1.本发明涉及骨科医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法。


背景技术：

2.胫骨干骨折是长管状骨骨折中最为常见的骨折，多由重物打击、踢伤、撞击伤或车轮碾压等外因造成，是下肢外力撞击骨折的高发区，由于胫骨周围缺少肌肉保护，常见开放性或粉碎性骨折，骨折部位皮肤以及皮下软组织同时发生破裂损伤。
3.现阶段，常用与治疗长骨骨折的手术所使用的导板均为制式导板，其固化的形态结构没有考虑到患者个体差异性，且现有导板不能很好的将模拟复位和固定的手术效果传递到真实的骨折手术中，使手术治疗效果达不到模拟预期。
4.此外，长骨骨折复位和固定的重点是对肢体长度和力线的重建，作为长骨骨折治疗的发展趋势，基于3d数字模拟技术的闭合复位微创植入内/外固定装置手术与现有复位用导板也不能适配，导致长骨骨折手术还是采用以人力为主的判断骨折移位-手术规划-复位-临时固定-最终固定的手术模式，进而在长骨骨折治疗术中存在术者力量不足、术中不易判断骨折移位情况，在术后也会出现临时固定不稳固不快速的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法，该方法可构建个性化导板，利于闭合复位微创植入内/外固定装置手术的实施，用于解决上述技术问题。
6.本发明解决上述问题的技术方案是：提供一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法，包括如下步骤：步骤一：获取患者患肢以及对侧健肢全长ct薄层dicom数据；步骤二：将获取到的ct薄层dicom数据导入到3d建模软件中以对患者患肢骨组织和对侧健肢的骨组织、患肢软组织和对侧健肢的软组织进行三维重建；步骤三：对患者患肢处的骨折残端进行模拟复位；具体为：a、设计手术切口；在患肢模型上标记手术切口位置；b、设计骨圆针、固定针、螺钉的对应模型件，并将运用到骨折手术模拟复位中来；c、参照复位后的骨折部位骨折复位形态、软组织形态结构，设计制造贴合于患者患肢的复位导板；d、将模拟设计的复位导板模拟贴合到对应患肢模型上，针对患肢模型上的手术开口标记位置，骨圆针、固定针、螺钉的具体位置，在复位导板上对应位置设计开口和开孔，并在复位导板上完善对应开口位置和开孔位置处的辅助固定结构；e、针对患者患肢的骨折形态、手术术式、手术切口方式，再将完整的复位导板划分为多个分体板块，并针对每个分体板块的安装位置对各个分体板块标记记号；f、在分体板块上建立板间连接结构模型，模拟分体板块与患者患肢的贴合安装，
模拟安装使用板间连接结构，检查复位导板安装无错漏、板块件连接稳定性；步骤四：3d打印导板模型，获得复位导板。
7.进一步地，板间连接结构模型包括连接沿长骨轴线方向设置的相邻分体板块的连接件一和连接周向设置在骨折位置的相邻分体板块的连接件二；连接件一要设置地与患肢力线平行，且连接件一沿长骨轴线方向的长度可调。调整连接件一长度尺寸可间接调整骨折复位后长骨整体长度以尽量保证长骨愈合后整体长度接近长骨原始长度，且术后或术中可通过调整连接件一尺寸以再次调整骨折复位效果或进一步安装各类终端固定部件。
8.进一步地，模拟骨折复位操作中，向骨折断端各预置两根2.0mm螺钉作为导板安装刚性连接点时，螺钉预置位置优先为长骨解剖标志性位置。螺钉置入位置优先考虑长骨解剖标志性位置，如胫骨平台、胫骨嵴等位置处，可以使施术者能够清晰看到骨表面，以便于准确定位导板安装位置，以使得导板安装定位准确，从而避免了实施经皮导板术时导板定位位置不准确的问题。
9.进一步地，骨圆针用于骨折块固定复位时，要根据骨折具体形态、骨折部位以及外固定置钉原则来确定骨圆针数量、钉入角度、位置；而对应在复位导板上开设开孔并在开孔处进一步设计骨圆针辅助固定筒柱时，也参照骨圆针设置标准来使复位导板上开孔数量、骨圆针辅助固定筒柱的数量和设置角度均与骨圆针相同。复位导板贴合骨折位置处时，复位导板进一步固定住骨圆针置入位置、角度，以维持骨圆针置入姿态不变化，保持骨折手术复位固定效果，确保患者断骨有效愈合。
10.进一步地，利用固定针来配合2.0mm螺钉以进一步固定导板到患肢患处外周时，同样根据骨折具体结构并结合ct三维扫描来以长骨解剖标志位置作为固定针钉入标准位置。固定针配合螺钉一起固定复位导板到患肢骨折区域外周软组织上，以固定复位导板最终安装姿态。且固定针也能置入到部分碎骨块处，以维持骨块复位后姿态。固定针与骨圆针配合使用，以保证骨折复位与固定治疗效果，防止置入太多高强度针以导致“应力遮挡”效应，不利于骨折愈合和新生骨的强度。
11.进一步地，复位导板上设计的开口与手术复位切口重叠，且复位导板上的开口要与骨圆针开孔连通；分体板块的边界也要与开口重叠。复位导板上开口、骨圆针的开孔、分块板体边界互相连通，有利于将骨圆针沿手术切开部位处置入骨内，使骨圆针准确置入既定位置。术后拆卸复位导板或取下部分固定针时，骨圆针、固定针、复位导板也互不干扰，以降低患者术后痛苦，确保治疗效果。
12.进一步地，复位导板制造材料为光敏树脂。由光敏树脂制造的复位导板高度符合解剖以及生物力学的要求，且导板化学性质稳定，不会对人体造成二次伤害。
13.进一步地，复位导板厚度设置为4~6mm，将复位导板的厚度控制在适当尺寸内，以保证导板有手术复位固定所需的合格强度，使导板与手术部位皮肤完全匹配贴附的同时，依靠自身强度而避免变形、翘边等问题。同时，在需要拆卸复位挡板，对分体板块进行拆卸、分割的操作也不至于过于繁琐。
14.进一步地，在复位导板上设计开口以及开孔时，要针对手术器械在对应开口、开孔处预留装配公差，可避免手术时切开患处、置入螺钉、置入骨圆针、置入固定针等操作时，因为孔口尺寸误差而导致多次重复操作，影响手术复位固定效果。
15.本发明的有益效果：
1、通过3d数字化技术模拟骨折手术复位与固定，并以此构造适应个体化差异的复位导板，且复位导板使用与置钉固定骨折块、连接骨折断端有利结合。提高手术操作精度，减轻患者痛苦，降低了内固定术后骨折伤口愈合不良的风险。
16.2、依据3d模拟手段，术中确保手术视野的前提下，术中切口可以做到最小，从而降低对软组织的损伤，也能缩短术后伤口愈合时间，减轻患者痛苦。体现到复位导板上时，复位导板上设置的开口也能尽量小，以避免因为开口过大、开孔过多导致复位导板结构强度下降。
17.3、复位导板贴合安装到患处位置后，复位导板配合骨圆针、固定针、螺钉等外部固定件以均匀受力，在术后愈合恢复行走阶段，复位导板分担受力，以促进骨折断端处愈合，降低痛苦。
18.4、结合复位导板，可以精准置入骨圆针、固定针到断骨端处，且复位导板也能够准确定位安装到预定位置处，提高骨折复位和固定操作的精准性，降低手术难度，提高治疗效果。
19.5、3d打印导板可以用于胫骨、股骨、肱骨等长管骨骨折复位固定，可用于终极固定或为内固定手术提供临时复位固定。
附图说明
20.并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法的构建流程图；图2为本发明的一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法所构建的一种复位导板结构示意图；图3为本发明的一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法中所建立的患肢复位与固定后模型示意图。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
23.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
24.请参阅图1至图3，本发明具体实施例的一种用于长骨骨折的复位与固定用导板的构建方法，包括如下步骤：步骤一：获取患者患肢以及对侧健肢全长ct薄层dicom数据；步骤二：将获取到的ct薄层dicom数据导入到3d建模软件中以对患者患肢骨组织和对侧健肢的骨组织、患肢软组织和对侧健肢的软组织进行三维模型重建；步骤三：对患者患肢处的骨折残端进行模拟复位；具体为：a、设计手术切口；在患肢模型上标记手术切口位置；b、设计骨圆针、固定针、螺钉的对应模型件，并将运用到骨折手术模拟复位中来；c、参照复位后的骨折部位骨折复位形态、软组织形态结构，设计制造贴合于患者患肢的复位导板；d、将模拟设计的复位导板模拟贴合到对应患肢模型上，针对患肢模型上的手术开口标记位置，骨圆针、固定针、螺钉的具体位置，在复位导板上对应位置设计开口和开孔，并在复位导板上完善对应开口位置和开孔位置处的辅助固定结构；e、针对患者患肢的骨折形态、手术术式、手术切口方式，再将完整的复位导板划分为多个分体板块，并针对每个分体板块的安装位置对各个分体板块标记记号；f、在分体板块上建立板间连接结构模型，模拟分体板块与患者患肢的贴合安装，模拟安装使用板间连接结构，检查复位导板安装无错漏、板块件连接稳定性；步骤四：3d打印导板模型，获得完整的复位导板。
25.基于步骤一，先获取患者患肢以及对侧健肢全长ct薄层数据，其ct数据为dicom格式，以便于获取更加清晰的患处伤患认知，便于医生识别病情，以便于作出准确的伤情判断。此外，清楚详细的ct扫描数据也有利于技术人员建立高仿真度的患肢模型。
26.本实施例中患肢以及健肢ct薄层dicom数据均导入到mimics medical 20.0软件或3-matic medical软件中进行骨组织及软组织三维重建。
27.基于步骤二，建立患肢模型时，先单独重建骨断端、所有碎骨块，并在mimics medical 20.0软件或3-matic medical软件中对长骨进行模拟复位；如果在手术前患肢内已经置入有螺钉，同时将这些螺钉全部重建，并核实此群手术置入的螺钉的尺寸数据，螺钉位置要在三个视图内反复确认，避免后续导板安装出错。
28.再重建骨表软组织、体表皮肤。其中骨组织需要以最高精度重建、皮肤无需最高精度重建。
29.获取所需要使用到的手术中固定和复位用器械的对应尺寸，设计配合公差。
30.基于步骤三：a、导板需要设计皮肤切开口以便于手术中切开软组织以便于术中置钉和切开复位骨块。对于此设计，手术切开口需要与复位导板上的开口相匹配，一般在复位导板上设置1cm直径圆形开口或1cm*2cm矩形开口。复位导板上开口不宜过大，否则会导致复位导板容易破裂，也不宜过小，否则置钉操作困难且不能获得较好的手术视野。
31.b、在建立好患者患肢的长骨、骨块模型后，进一步对长骨断端、骨块进行复位固定操作时，需要配合使用骨圆针和固定针来固定已经复位后的长骨断端、骨块的复位姿态，防
止骨块、骨断端在复位后再次发生位移，导致愈合畸形。因此，在复位过程中，就要依据现有的骨圆针尺寸数据、固定针尺寸数据来对应在mimics medical 20.0软件或3-matic medical软件中建立对照模型，并运用到模拟的复位固定操作中来。
32.例如，在常规的长骨治疗手术中，骨圆针直径常规为5.0mm，固定针有1.0mm的定位固定针和1.5mm的临时固定针。
33.此外，在对患肢长骨模拟复位和固定的过程中，也要考虑如何将复位导板固定贴合到患肢外周处，同时在复位和固定后的长骨模型上对应位置设置好2.0mm螺钉，以便于术中安装复位导板时，复位导板能够进一步维持并贴合复位和固定后的长骨形态，避免恢复过程中长骨额外受力或受力太弱，影响患肢愈合。
34.置入螺钉位置从长骨解剖标志位置中选择，例如胫骨平台、胫骨嵴等解剖标志性位置，以降低螺钉置入操作难度，螺钉置入固定方便，导板也能最大程度上支撑长骨力线，分担长骨压力。
35.c、对照复位固定后患肢长骨模型结构以及其外附软组织结构形态构建的复位导板形态要很好的贴合与患肢皮肤。此外，根据导板受力情形，在导板上设计不影响导板承担外力又有利于拆卸分割导板的拆卸阵列孔。拆卸阵列孔需要均匀线性排列分布在导板上，以便于术后截断并拆除导板。
36.d 、复位导板贴合设置在患肢对应位置上时，先在复位导板边部设计螺钉插入空心柱，以便于实际手术中使螺钉顺着插入空心柱钉入到患肢中，以初步定位固定复位导板位置。
37.然后在复位导板板上顺着每一根骨圆针或固定针设计构建包围骨圆针或固定针的插入筒柱，其插入筒柱角度与对应位置的骨圆针或固定针角度完全相同。而且插入筒柱的筒柱通孔直径要大于对应位置的骨圆针或固定针标准直径数据1mm~2mm，以产生装配公差，避免后续置钉操作中因为尺寸误差不匹配而出现多次重复操作的情形。
38.螺钉插入空心柱的柱孔直径设计也遵循同样的原理。
39.此外，骨圆针与固定针的置入方式以及原理如下：根据骨折形态、骨折部位及外固定的置钉原则选择合适的骨圆针位置、角度和数量，或固定针位置、角度、数量。例如：对于每一段骨段的骨圆针，均应垂直于肢体纵轴，骨圆针在水平横截面上的投影相互之间的夹角大于60
°
，一根贴近骨折断端，一根贴近骨端。骨圆针在骨质上的通道需要穿过髓腔正中央，并且置骨圆针时需避免置入相互之间路径出现冲突或影像骨圆针尾部安装球头或连杆。
40.另外，固定针则依据上述同样的原理准则来置入在相邻骨圆针之间，可适当增强骨针对骨块、骨端的固定效果。从而减少高强度针的置入数量，避免过多的针体影响骨体强度和愈合。
41.此外，部分固定针也可以沿骨与软组织边缘手法插入既定位置，以固定确定复位导板相对于长骨的具体固定位置。
42.e、整体的复位导板设计构建完成后，再将复位导板分割设计成多个分体板块部件，在使用时以多个分体板块来组合拼接形成整体的复位导板。
43.基于此，在对复位导板进行分割划分时，也要参考患者患肢的具体骨折形态、复位固定后针体安装形式、以及具体的手术切开术式来对复位导板进行划分分块。复位导板被
分割成多个分体板块后，其制造难度会降低，复位导板包裹式安装于患肢外周时，其安装也比较方便。
44.例如，分体板块的边界与导板上对应手术切口的开口重叠，以避免导板开口聚集在某一个分体板块上，导致该分体板块强度大大下降。同时分体板块的边界位置要距离骨圆针插入筒柱近，以便于设置从骨圆针插入筒柱处开设拆卸开口并将拆卸开口延伸到分体板块边界处，便于后期拆卸导板以促进伤口愈合时，不影响骨圆针、固定针继续发挥作用。
45.此外，在将复位导板分割为多个分体板块后，根据分体板块在手术中的具体位置对其进行有序的标记编号，以避免后续组合分体板块时出错，导致骨圆针或固定针姿态错误，严重影响骨折手术复位和固定。
46.f、在将复位导板拆分为多个单独的分体板块后，还要在每个分体板块的边缘的适宜位置处一体设计构造板间连接结构，以再次将多个分体板块固定连接起来，以确保拼接的复位导板的整体性，避免其松动。
47.在本实施例中，板间连接结构包括有固定连接沿着长骨轴线方向分布的相邻两个分体板块的连接件一和固定连接周向布置在长骨外周处的相邻两个分体板块的连接件二。
48.其中，连接件一设置为连杆共线通道，其具体包括一体设置在分体板块上的连接管、同时插入以固定连接相邻两个分体板块上的连接管中以固定连接两个分体板块的连杆。整个连接件一呈直线轴杆形态，其连接件一还要与患者的承重力线平行或重合，以便于复位导板分担外力，确保骨折快速愈合。
49.而且在连杆上套设垫片，以使得垫片垫隔在两个连接管上，从而适当调整分体板块间距，使得固定复位后的骨折长骨整体长度更加解决健肢长骨骨长，而且术后或术中也可以通过调整连接件一来微调骨折断端闭合复位效果，以使得手术更贴近模拟预期，也便于后期进一步在患处安装各类终端固定部件。
50.连接件二则为两个互相可拼接的螺纹半圆柱和一个螺纹圈，该螺纹圈螺接在已经拼接的两个螺纹半圆柱上就可以固定连接周向布置在长骨外周的相邻两个分体板块。
51.导板以3d打印方式和光敏树脂制造而成，导板应符合解剖及生物力学的要求，满足产品设计需求，符合器械的安装稳定性，导板厚度为5mm，在手术过程中，导板应能够辅助医生按照术前规划实现精准实施定点、定向等操作。满足使用过程中，导板与手术部位皮肤完全匹配贴附，安装后应无翘边、无变形断裂、松动现象发生。
52.术中导板的使用步骤包括：
①
组装导板前测试复位导板；
②
根据预置螺钉的位置组装3d打印复位导板，将复位导板与骨的相对位置进行固定；
③
沿骨与软组织边缘手法插入1.0mm固定针，以进一步定位确定长骨与复位导板之间的相对位置；
④
随后使用电钻打入1.5mm临时固定针，进一步固定骨折长骨与骨折碎块，防止置入骨圆针时长骨与骨折块发生相对移位；
⑤
接着打入5.0mm骨圆针，钻入深度一般需通过对侧皮质；
⑥
随后操作连接件一和连接件二以固定连接多个分体板块为一个整体，根据实际长度需求判断是否需要增加垫片，并用针杆夹、杆杆夹以及连杆固定骨圆针，引导骨折的长度和力线恢复。进一步微调骨折复位，或补充克氏针进一步固定骨折。进针应尽可能避开血管神经，遵循基本的外固定技术原则，可参考肢体各个层面的外固定穿针通道置入骨圆针。
53.以上未提及之处，均适用于现有技术。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。