一种下颌角截骨导航模板的制备方法
【专利摘要】本发明的下颌角截骨导航模板的制备方法，包括：(1)虚拟下颌骨三维模型的建立；(2)截骨线设计；(3)标记截骨初体及配准初体，获得增厚配准体及增厚截骨体；运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使之成为一个整体导航模板并进行外表面光顺处理；第五步：获得下颌角截骨导航模板；并在下颌角截骨导航模板第二磨牙位置开一个2.5mm×2.5mm的窗口。本发明的下颌角截骨导航模板的制备方法，具有下颌角截骨导航模板制备简单，模板自带有效的配准部分，能够准确的确定模板位置。
【专利说明】
一种下颌角截骨导航模板的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及下颂角截骨技术领域，特别是涉及一种下颂角截骨导航模板的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着物质生活水平的提高，人们对美的需求不断提高，对于整形外科的诸多手术要求更是达到了一个新的高度。下颂角截骨整形术是通过截除下颂骨后缘、下颂角、下颂骨下缘部分骨质的方法以达到改变下面部轮廓的目的。对于此类需要在面部进行对称性操作的截骨手术，手术中截骨的准确性、手术后面部骨骼的对称性往往是决定最终整形效果的关键。
[0003]口内入路以其无疤痕的优点逐渐成为最理想的手术入路方式，但由于术区狭小，以及术区视野、视角等原因术者的立体视觉受到很大程度的局限，使术者对截骨线的判断出现偏差甚至失误，诸如意外骨折、第二下颂角形成、下颂骨双侧不对称、颏神经损伤等与下颂骨骨质相关的并发症也时有报道。解决这类问题的关键是数字医学技术及导航手术的发展。
[0004]随着近年来快速成型技术(3D打印技术为其中一种)的高速发展，3D打印使实体模型的快速建立成为了可能，利用CT扫描获得的三维数据进行建模，再由三维打印机将实体模型打印出来，医生可以直接在三维模型上模拟手术、塑形，为医生提供了一个熟悉而真实的模拟空间，提高了手术设计的准确性，方便了医生间的交流和沟通，减少手术并发症，提高外科手术的质量和可靠性。随着数字化技术的不断进步，医生已经不能满足于在实体模型上进行的术前手术模拟，为了实现实际手术效果与模拟手术效果两者的一致，一些学者设计并开发了导航工具运用于实际手术当中。
[0005]Rong Q等设计的下颂角导航模板技术方案如下:让患者通过CT扫描并采集原始数据(DIC0M格式)；将数据导入Mimicsl2.0软件进行下颂骨三维模型的重建；以面中部矢状面为镜像平面，将左侧下颂骨模型镜像至右侧；行下颂角虚拟截骨;将截下部分模型保存为STL格式文件并导入Magic RP 12.0lsoftware;将模型外表面增厚2mm;与原模型进行布尔运算(Boolean operat1n)进而得到导航模板模型；将导航模板通过快速成型技术打印出来。该导航模板存在下列缺陷:(I)仅能采用口外切口实施手术，术后遗留瘢痕。(2)导航模板缺乏有效固定，器械的操作容易造成模板移位，从而降低截骨操作的精确性。
[0006]Niansong Ye等设计的下颂角导航模板技术方案如下:让患者通过CT扫描并采集原始数据;将数据导入Mimicsl0.01软件进行下颂骨三维模型的重建;将重建后的下颂骨三维模型保存为STL格式并导入至Freeform softwarel2.0;进行一侧下颂角虚拟截骨;通过设定面中部矢状面为镜像平面，将截骨平面镜像至对侧并截除对侧下颂角;将模型外表面增厚2.5mm;将导航模板通过快速成型技术打印出来。Niansong Ye等设计的下颂角导航模板:(I)采用口内切口入路，采用模板上的“钩”状突起进行固定，仍不牢靠，在实际手术操作中，器械的操作容易造成模板移位，从而降低截骨操作的精确性。(2)将导航模板放置下颂角表面时，无法确定该模板是否已在正确位置(由于软组织阻挡等因素)，从而增加了截骨操作的不确定性。
[0007]因此，针对现有技术不足，提供一种下颂角截骨导航模板的制备方法以克服现有技术不足甚为必要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种下颂角截骨导航模板的制备方法，该下颂角截骨导航模板制备简单，模板自带有效的配准部分，能够准确的确定模板位置。
[0009]本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
[0010]提供一种下颂角截骨导航模板的制备方法，包括如下步骤:
[0011](1)采集目标对象下颂骨的CT数据，并以Dicom的格式导入数字化三维重建软件 Mimics 14.0中重建三维虚拟下颂角模型，得到虚拟下颂骨三维模型；[〇〇12](2)针对虚拟下颂骨三维模型，选择任意一侧的下颂角部位进行该侧下颂角的截骨线设计；
[0013]将下颂骨正中矢状面作为镜像平面，通过镜像操作将截骨线镜像至另一侧的下颂角部位得到另一侧下颂角部位的截骨线；
[0014](3)将将(1)中得到的虚拟下颂骨三维模型STL文件导入3-matic 7.0软件进行下颂角截骨导航模板的初步制作；
[0015]在虚拟下颂骨三维模型上运用标记标识出所需的下颂骨截骨模板外形，标记范围分别是覆盖下颂角的外侧四面皮质及其部分外板的截骨初体，以及覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质的配准初体，分别将截骨初体部分和配准初体部分生成两个独立的个体，并使两部分能够相交；
[0016]将覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质部分的配准初体进行补偿操作，向外实体增厚2mm，得到增厚配准体；
[0017]将覆盖下颂角的外侧面皮质及其部分外板的截骨初体进行移动曲面操作，向外实体增厚4mm，得到增厚截骨体；[〇〇18]运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使之成为一个整体导航模板；
[0019]运用局部光顺操作将整体导航模板进行外表面光顺处理，使其连接处的阶梯平滑化，导出整体导航模板的STL格式文件；
[0020]第五步:使用Mimics打开虚拟下颂骨三维模型文件，将导航模板的STL格式文件导入；
[0021]将导航模板模型与虚拟下颂骨模型进行布尔减法运算，并将得到的导航模板按照步骤(2)设计好的截骨线进行切割操作，再将切割后的导航模板两部分进行分离分开，得到具有相同截骨平面的下颂角截骨导航模板;切割修整使下颂角截骨导航模板整齐化，并在下颂角截骨导航模板第二磨牙位置开一个2.5mm X 2.5mm的窗口。
[0022]进一步的，上述的下颂角截骨导航模板的制备方法，还包括第六步打印，具体是: 将下颂角截骨导航模板和虚拟下颂骨三维模型通过3D方式打印。
[0023]优选的，上述步骤(I)中，在重建三维虚拟下颂角模型的过程中，通过选择骨骼的阈值，以下颂骨显示清晰的模型作为虚拟下颂骨三维模型。
[0024]优选的，上述骨骼的阈值范围为226至最大阈值之间。
[0025]优选的，上述步骤(2)中，截骨线的设计原则是:截骨线最高点不超过咬合平面;截骨线的走行避开下颂神经管;在截除肥大的下颂角骨质情况下，使下颂后缘保持流畅的曲线。
[0026]本发明的下颂角截骨导航模板的制备方法，包括如下步骤:(I)采集目标对象下颂骨的CT数据，并以Dicom的格式导入数字化三维重建软件Mimics 14.0中重建三维虚拟下颂角模型，得到虚拟下颂骨三维模型；(2)针对虚拟下颂骨三维模型，选择任意一侧的下颂角部位进行该侧下颂角的截骨线设计;将下颂骨正中矢状面作为镜像平面，通过镜像操作将截骨线镜像至另一侧的下颂角部位得到另一侧下颂角部位的截骨线；(3)将(I)中得到的虚拟下颂骨三维模型STL文件导入3-matic 7.0软件进行下颂角截骨导航模板的初步制作;在虚拟下颂骨三维模型上运用标记标识出所需的下颂骨截骨模板外形，标记范围分别是覆盖下颂角的外侧四面皮质及其部分外板的截骨初体，以及覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质的配准初体，分别将截骨初体部分和配准初体部分生成两个独立的个体，并使两部分能够相交;将覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质部分的配准初体进行补偿操作，向外实体增厚2mm，得到增厚配准体;将覆盖下颂角的外侧面皮质及其部分外板的截骨初体进行移动曲面操作，向外实体增厚4mm，得到增厚截骨体;运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使之成为一个整体导航模板;运用局部光顺操作将整体导航模板进行外表面光顺处理，使其连接处的阶梯平滑化，导出整体导航模板的STL格式文件;第五步:将导航模板模型与虚拟下颂骨模型进行布尔减法运算，并将得到的导航模板按照步骤(2)设计好的截骨线进行切割操作，再将切割后的导航模板两部分进行分离分开，得到具有相同截骨平面的下颂角截骨导航模板;切割修整使下颂角截骨导航模板整齐化，并在下颂角截骨导航模板第二磨牙位置开一个2.5mmX2.5mm的窗口。本发明的下颂角截骨导航模板的制备方法，具有下颂角截骨导航模板制备简单，模板自带有效的配准部分，能够准确的确定模板位置。
【附图说明】
[0027]利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0028]图1是本发明一种下颂角截骨导航模板的制备方法实施例2重建的虚拟下颂骨三维模型。
[0029]图2是本发明一种下颂角截骨导航模板的制备方法实施例2制备的整体导航模板示意图图。
[0030]图3是本发明一种下颂角截骨导航模板的制备方法所制备的具有配准结构的下颂角截骨导航模板的示意图。
【具体实施方式】
[0031 ]结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0032]实施例1。
[0033]—种下颂角截骨导航模板的制备方法，通过以下步骤进行。[〇〇34](1)采集目标对象下颂骨的CT数据，并以Dicom的格式导入数字化三维重建软件Mimics 14.0中重建三维虚拟下颂角模型，得到虚拟下颂骨三维模型。[〇〇35]在重建三维虚拟下颂角模型的过程中，通过选择骨骼的阈值，骼的阈值范围为226 至最大阈值之间，以下颂骨显示清晰的模型作为虚拟下颂骨三维模型。[〇〇36](2)针对虚拟下颂骨三维模型，选择任意一侧的下颂角部位进行该侧下颂角的截骨线设计；[〇〇37]将下颂骨正中矢状面作为镜像平面，通过镜像操作将截骨线镜像至另一侧的下颂角部位得到另一侧下颂角部位的截骨线。
[0038]截骨线的设计原则是:截骨线最高点不超过咬合平面;截骨线的走行避开下颂神经管;在截除肥大的下颂角骨质情况下，使下颂后缘保持流畅的曲线。[〇〇39](3)将(1)中得到的虚拟下颂骨三维模型STL文件导入3-matic7.0软件进行下颂角截骨导航模板的初步制作；
[0040]在虚拟下颂骨三维模型上运用标记标识出所需的下颂骨截骨模板外形，标记范围分别是覆盖下颂角的外侧四面皮质及其部分外板的截骨初体，以及覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质的配准初体，分别将截骨初体部分和配准初体部分生成两个独立的个体，并使两部分能够相交；
[0041]将覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质部分的配准初体进行补偿操作，向外实体增厚2mm，得到增厚配准体；
[0042]将覆盖下颂角的外侧面皮质及其部分外板的截骨初体进行移动曲面操作，向外实体增厚4mm，得到增厚截骨体；
[0043]运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使之成为一个整体导航模板；
[0044]运用局部光顺操作将整体导航模板进行外表面光顺处理，使其连接处的阶梯平滑化，导出整体导航模板的STL格式文件；[〇〇45]第五步:使用Mimics打开虚拟下颂骨三维模型文件，将导航模板的STL格式文件导入；[〇〇46]将导航模板模型与虚拟下颂骨模型进行布尔减法运算，并将得到的导航模板按照步骤(2)设计好的截骨线进行切割操作，再将切割后的导航模板两部分进行分离分开，得到具有相同截骨平面的下颂角截骨导航模板;切割修整使下颂角截骨导航模板整齐化，并在下颂角截骨导航模板第二磨牙位置开一个2.5mm X 2.5mm的窗口。
[0047]该下颂角截骨导航模板的制备方法，还包括第六步打印，具体是:将下颂角截骨导航模板和虚拟下颂骨三维模型通过3D方式打印。
[0048]该下颂角截骨导航模板的制备方法，导航模板在制作时通过布尔减法运算，形成了完全与下颂骨骨面贴合的内表面，与骨面缝隙极小，很大程度减少了误差。并且通过按照设计好的截骨线进行切割操作，得到具有相同截骨平面的导航模板，便于获得良好的截骨效果。在模板第二磨牙位置开一个2.5mmX 2.5mm的窗口，可有效判断导航模板的配准情况， 避免由于狭窄视野所引起的不良配准所导致的误差。
[0049]该下颂角截骨导航模板的制备方法，通过Mimics14.0及3-1^1:;[07.0软件，学习曲线短，导航模板制备简单，制备效率高。所制备的下颂角截骨导航模板增添了自动配准结构，便于导航模板的配准，有效提高导航模板的固定及截骨手术的精度。
[0050]实施例2。
[0051 ]以一具体例子对本发明的方法作详细说明。
[0052]一种下颂角截骨导航模板的制备方法，通过以下步骤进行。
[0053](I)采集目标对象下颂骨的CT数据，并以Dicom的格式导入数字化三维重建软件Mimics 14.0中重建三维虚拟下颂角模型，确定好前、后、左、右、上、下的方位后，选择骨骼(2 26?Max，Hu)的阈值，对所选的阈值进行相应的调整直到获得最合适的阈值，此时下颂角显示最清晰，进行三维重建得到虚拟下颂骨三维模型。对虚拟下颂角三维模型进行编辑调整，去除其他无关结构，以免其影响视野和操作，仅保留与实验相关的虚拟下颂骨三维模型。所建立的虚拟下颂骨三维模型如图1所示。
[0054](2)截骨线设计:针对虚拟下颂骨三维模型，选择任意一侧的下颂角部位进行该侧下颂角的截骨线设计；
[0055]将下颂骨正中矢状面作为镜像平面，通过镜像操作将截骨线镜像至另一侧的下颂角部位得到另一侧下颂角部位的截骨线。
[0056]截骨线的设计原则是:截骨线最高点不超过咬合平面;截骨线的走行避开下颂神经管;在截除肥大的下颂角骨质情况下，使下颂后缘保持流畅的曲线。
[0057](3)设计导航模板
[0058]将(I)中得到的虚拟下颂骨三维模型STL文件导入3-matic7.0软件进行下颂角截骨导航模板的初步制作；
[0059]在虚拟下颂骨三维模型上运用标记标识出所需的下颂骨截骨模板外形，标记范围分别是覆盖下颂角的外侧四面皮质及其部分外板的截骨初体，以及覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质的配准初体，分别将截骨初体部分和配准初体部分生成两个独立的个体，并使两部分能够相交；
[0060]将覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质部分的配准初体进行补偿操作，向外实体增厚2mm，得到增厚配准体；
[0061]将覆盖下颂角的外侧面皮质及其部分外板的截骨初体进行移动曲面操作，向外实体增厚4mm，得到增厚截骨体；
[0062]运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使之成为一个整体导航模板；
[0063]运用局部光顺操作将整体导航模板进行外表面光顺处理，使其连接处的阶梯平滑化，导出整体导航模板的STL格式文件;所设计的整体导航模板如图2所示。
[0064]第五步:使用Mimics打开虚拟下颂骨三维模型文件，将导航模板的STL格式文件导入；
[0065]将导航模板模型与虚拟下颂骨模型进行布尔减法运算，并将得到的导航模板按照步骤(2)设计好的截骨线进行切割操作，再将切割后的导航模板两部分进行分离分开，得到具有相同截骨平面的下颂角截骨导航模板;切割修整使下颂角截骨导航模板整齐化，并在下颂角截骨导航模板第二磨牙位置开一个2.5mmX 2.5mm的窗口，如图3所示。
[0066](4)3D打印出导航模板[〇〇67]在菜单栏中选择“Export”选项，将个体化下颂角截骨导航模板和三维下颂角模型以“Binary STL”格式形式导出。将“STL”格式的下颂角截骨导航模板导入光敏树脂3D打印机锐打400(普利生公司，中国)配套处理软件MagicslS。首先选择平台导入下颂骨导航模板模型:Scenes>>New Scenes〉〉选择 “Envis1ntec Perfactory(mm)” 平台>>0K，打开模型文件夹，鼠标拖动直接导入平台，然后进行旋转、平移、放大、缩小等操作。移动到默认位置: Posit1n?Translate to Default Posit1n。如果模型底部不规则，无法紧贴着平台底面进行打印工作，则要沿Z轴平移5mm后再添加支撑。接着通过选择自动添加支撑Support Generat1n?Generat1n Support，来完成模型的支撑设置。检查所生成支撑是否合理，进行适度的修改。完成后进行一体检查，完成后退出修改支撑界面，导出两个Stl格式的文件， 原模型文件和支撑文件。导入平台，合并两个模型。接下来根据建议整体修复模型错误，直到无法继续修复，点剩下坏边和壳体错误，进行补洞操作，最后保存模型。[〇〇68]打开3D打印机系统将保存模型导入，移动、摆放或缩放模型，确定打印位置;打开查看状态栏，点击平台复位，待复位结束后会弹出“完成”窗口，如果没有提示复位完成，树脂液位低于平台位置，此时需要添加树脂，直到液位跟平台相持平或超过平台1?2mm，补液后刮刀往前刮同时浮筒重新调整液位，直至复位完成；复位完成后，下拉右菜单栏，点击启动，打印机进入运作状态；
[0069]打印结束后戴上一次性手套，将打印件取出；取出打印件后用酒精对其进行清洗 (戴手套)，不能将打印件置于酒精槽里浸泡，用布多次擦拭零件直到表面不黏，随后用纸巾擦干或吹干再置于UV炉进行二次固化，时长30分钟，从而获得所需要的光敏树脂导航模板。
[0070]运用打印好的下颂角截骨导航模板可在新鲜尸体标本上进行下颂角截骨手术。 [〇〇71]该下颂角截骨导航模板的制备方法，导航模板在制作时通过布尔减法运算，形成了完全与下颂骨骨面贴合的内表面，与骨面缝隙极小，很大程度减少了误差。并且通过按照设计好的截骨线进行切割操作，得到具有相同截骨平面的导航模板，便于获得良好的截骨效果。在模板第二磨牙位置开一个2.5mmX 2.5mm的窗口，可有效判断导航模板的配准情况， 避免由于狭窄视野所引起的不良配准所导致的误差。[0〇72]该下颂角截骨导航模板的制备方法，通过Mimics 14.0及3-matic7.0软件，学习曲线短，导航模板制备简单，制备效率高。所制备的下颂角截骨导航模板增添了自动配准结构，便于导航模板的配准，有效提高导航模板的固定及截骨手术的精度。[〇〇73]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种下颂角截骨导航模板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:(1)采集目标对 象下颂骨的CT数据，并以Dicom的格式导入数字化三维重建软件Mimics 14.0中重建三维虚 拟下颂角模型，得到虚拟下颂骨三维模型；(2)针对虚拟下颂骨三维模型，选择任意一侧的 下颂角部位进行该侧下颂角的截骨线设计;将下颂骨正中矢状面作为镜像平面，通过镜像 操作将截骨线镜像至另一侧的下颂角部位得到另一侧下颂角部位的截骨线；(3)将(1)中得 到的虚拟下颂骨三维模型STL文件导入3-matic 7.0软件进行下颂角截骨导航模板的初步 制作;在虚拟下颂骨三维模型上运用标记标识出所需的下颂骨截骨模板外形，标记范围分 别是覆盖下颂角的外侧四面皮质及其部分外板的截骨初体，以及覆盖第二前磨牙、第一磨 牙唇侧及部分下颂骨条形外板的皮质的配准初体，分别将截骨初体部分和配准初体部分生 成两个独立的个体，并使两部分能够相交;将覆盖第二前磨牙、第一磨牙唇侧及部分下颂骨 条形外板的皮质部分的配准初体进行补偿操作，向外实体增厚2mm，得到增厚配准体;将覆 盖下颂角的外侧面皮质及其部分外板的截骨初体进行移动曲面操作，向外实体增厚4mm，得 到增厚截骨体;运用局部布尔运算将增厚配准体和增厚截骨体进行局部布尔加法运算，使 之成为一个整体导航模板;运用局部光顺操作将整体导航模板进行外表面光顺处理，使其 连接处的阶梯平滑化，导出整体导航模板的STL格式文件;第五步:使用Mimics打开虚拟下 颂骨三维模型文件，将导航模板的STL格式文件导入;将导航模板模型与虚拟下颂骨模型进 行布尔减法运算，并将得到的导航模板按照步骤(2)设计好的截骨线进行切割操作，再将切 割后的导航模板两部分进行分离分开，得到具有相同截骨平面的下颂角截骨导航模板;切 割修整使下颂角截骨导航模板整齐化，并在下颂角截骨导航模板第二磨牙位置开一个 2.5mm X 2.5mm 的窗口。2.根据权利要求1所述的下颂角截骨导航模板的制备方法，其特征在于，还包括第六步 打印，具体是:将下颂角截骨导航模板和虚拟下颂骨三维模型通过3D方式打印。3.根据权利要求1所述的下颂角截骨导航模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1) 中，在重建三维虚拟下颂角模型的过程中，通过选择骨骼的阈值，以下颂骨显示清晰的模型 作为虚拟下颂骨三维模型。4.根据权利要求3所述的下颂角截骨导航模板的制备方法，其特征在于，骨骼的阈值范 围为226至最大阈值之间。5.根据权利要求4所述的下颂角截骨导航模板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2) 中，截骨线的设计原则是:截骨线最高点不超过咬合平面;截骨线的走行避开下颂神经管； 在截除肥大的下颂角骨质情况下，使下颂后缘保持流畅的曲线。
【文档编号】A61B34/10GK105943113SQ201610234979
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】黄文华, 钱堃
【申请人】南方医科大学