CN108403202A - 用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置及其方法。本发明所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置包括定位器、3D打印获得的导向器、导针，以及套接在导针外的导针套筒，其中所述导向器设有导向通道，其包括髋臼前柱螺钉导向通道、髋臼后柱螺钉导向通道、髂骨螺钉导向通道、髋臼上螺钉导向通道、骶髂螺钉导向通道和经骶骨螺钉导向通道中的一种或者几种。本发明所述的通道螺钉体外导向装置定位精准，可用于治疗各种类型的骨盆髋臼骨折。本发明所述的制备用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法和使用该通道螺钉体外导向装置的方法简单易行，定位准确，适合于推广。
Description
技术领域
本发明涉及骨科用医疗器械领域，具体地说涉及一种用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置及其方法。
背景技术
骨盆髋臼骨折因其解剖复杂，毗邻的重要组织、器官繁多，骨折类型千变万化。传统的切开复位内固定可以直视损伤区域，利于解剖复位，但是在切开的手术过程中软组织暴露过多，操作复杂，容易损伤重要的血管和神经，因此骨盆、髋臼骨折手术难度大、耗时长、出血多、风险大。
目前闭合复位骨盆髋臼骨折加微创螺钉技术逐渐成为治疗的主流。骨盆髋臼通道螺钉技术因其类似于长骨髓内固定，具有生物力学优势，术中不需要完全暴露骨折部位即可做到稳定固定，是一种有效的骨盆髋臼微创固定方式。但是，通道螺钉对透视技术要求很高，难以做到精准定位，导致损伤重要器官、血管的可能性增大，且术中透视次数多，既延长了手术时间，又增加了对患者和医生的放射损伤。2D或者3D导航技术可以实现较为精准的定位，节约手术时间，减少放射剂量，但是导航设备昂贵，基层医院难以普及。近年来，3D打印技术广泛应用于临床，尤其在辅助制定手术计划、模拟手术过程以及打印个性化医疗器材等方面扮演着重要的角色，它在骨盆髋臼骨折的应用已有报道。3D打印体内骨盆髋臼导板虽然在一定程度上解决了骨盆置钉的定位困难、透视次数多、安全性低等问题，但是其使用的前提是术中精确、彻底的暴露骨性标志，这反而增加了手术难度和不确定性。申请号为201620192328.2的中国专利申请公开了一种骨盆前环骨折闭合复位置钉导向装置，包括置钉导板以及根据采集的骨盆CT数据采用3D打印机快速成型获得的骨盆模型，置钉导板设有接合结构并通过接合结构固定于骨盆模型上，置钉导板上设有用于引导置钉的置钉导向通道。该导向装置可用于模拟手术及用于置钉的导向，但是该导向装置需要切开完全暴露骨性解剖部位才能使其与骨盆相贴合，创伤大、精确性差；导向通道没有刻度，置钉深度没有调整依据；接合结构通过卡槽卡套固定，固定部位难以确定，实际使用位置偏差大，缺乏精准性。而申请号为201310202319.8的另一篇中国专利申请则公开了一种用于微创手术的螺钉植入瞄准器，所述瞄准器包括瞄准器前段、瞄准器后段和至少一个抵靠在髂前上棘或髂前下棘上的定位叉。该螺钉植入瞄准器结构简单，成本低廉，但是其需要术中反复透视确定具体进针点和进针方向，精确性差；定位点选取没有依据，随机性大。
近年还公开了许多制备上述模板的方法，例如申请号为201510424640.X的中国专利申请公开了一种髋臼骨折用后柱拉力螺钉3D导航模块的制备方法，所述方法只适合单一螺钉类型，例如该文中所述的后柱拉力螺钉，适用范围受限。另外，由于制备过程中没有明确的定位标志，制备所得的3D导航模块在使用时会与建模状态存在差距，因此精确性不高。
基于现有的导航技术或导向装置，骨盆髋臼骨折固定方法为了实现精确定位，通常需要完全剥离暴露出骨性解剖部位和/或对患者实行数次透视，不仅操作复杂、手术时间长，对患者和医生的身体都产生了极大伤害。
综上所述，亟需设计一种能够解决上述问题的通道螺钉辅助固定装置及其方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中骨盆髋臼骨折手术创伤大、时间长、风险高、难度大、透视次数多等问题，提供了一种用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置和方法。
一方面，本发明提供了一种用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，该导向装置不需要完全切开暴露骨性解剖部位，创伤小、精确度高，透视次数少，是一种真正微创、精准的辅助固定装置。
本发明所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置包括定位器、导向器、导针，以及套接在导针外的导针套筒；
所述定位器包括定位针和设有空腔的定位体；所述定位针的一端固定在患侧髂嵴或健侧髂嵴内，所述定位针的另一端位于空腔内；
所述导向器包括与骨盆髋臼皮肤表面相匹配的导向板、设在导向板上的定向通道、套接在定向通道外的外套筒，以及设在导向板一端供通道螺钉穿过的导向通道；所述导向板由主板和辅板拼合而成，所述主板的拼合处设有主通道体，所述辅板的拼合处设有辅通道体，所述主通道体和辅通道体拼合形成定向通道，所述定向通道包覆在定位体外并由外套筒固定。
进一步地，所述定位器包括一根或两根定位针，则所述定位体、定向通道和外套筒的数量与定位针的数量对应相等。换句话说，所述定位器包括一根定位针，对应地，所述定位体、定向通道和外套筒的数量为一个；或者所述定位器包括两根定位针，对应地，所述定位体、定向通道和外套筒的数量为两个。
进一步地，所述定位针的一端设有自攻螺纹，所述定位针的另一端设有限位头。
进一步地，所述定位体由碳纤维制成，所述定位体呈三棱柱或四棱柱结构。
进一步地，所述导向板的下表面与骨盆髋臼皮肤表面的距离为8毫米-15毫米，所述导向板的厚度为8毫米-12毫米；所述导向通道的高度为20毫米-50毫米。
进一步地，所述导向通道包括髋臼前柱螺钉导向通道、髋臼后柱螺钉导向通道、髂骨螺钉导向通道、髋臼上螺钉导向通道、骶髂螺钉导向通道和经骶骨螺钉导向通道。
进一步地，所述导针上设有刻度。
优选地，所述定位针由不锈钢制成或者钛合金制成，其长度不小于80毫米。所述定位针位于患侧髂嵴或者健侧髂嵴的一端设有长度不小于20毫米的自攻螺纹。所述定位针的位于空腔内的另一端设有长度不小于15毫米、呈三棱柱或四棱柱结构的限位头。自攻螺纹和限位头之间的针体部分则呈圆柱体结构。若患侧骨折移位不明显，骨盆通道、髂嵴尚完整，通道螺钉的进针点在定位针所在骨块上，不需要手术复位，则将定位针置于患侧髂嵴，缩短定位针与通道螺钉的进针点的距离，减小定位器的力臂长度，更有助于精准定位、减少误差；若患者骨折移位较大，髂嵴完整性丧失或者通道螺钉的进针点与定位针所在骨块分离，术中需要结合骨盆微创闭合复位系统闭合复位，则将定位针置于健侧髂嵴，使得复位过程中骨块的位移不影响定位针与主体骨的位置。
优选地，所述定位体由与骨密度相近的材料制成，优选碳纤维材料，可以较好地排除CT扫描时产生的伪影。所述定位体呈三棱柱或四棱柱结构，其长度不小于50毫米，底面为三角形或正方形结构，在某些实施方案中，所述定位体呈长方体结构。所述定位体设有用于容纳定位针另一端的空腔，所述空腔内设有与限位头相配合的结构。
优选地，所述导向器由3D打印光敏树脂制成，确保其具备足够的韧度和刚度，方便手术中精准定位。所述导向器设有定向通道，可与定位体牢固套接，所述导向器的一端设有导向通道，为通道螺钉的置入通道。所述定向通道的内周结构与定位体的外周结构相匹配，当定向通道套接在定位体外周后，即可确定导向通道的位置，从而确定通道螺钉的方向和进针点。所述导向通道的内周结构与导针套筒的外周结构相匹配，将导针套筒插入到导向通道内、导针插入到导针套筒内后，导针方向确定，从而在通道螺钉置入时确定了通道螺钉的方向。
优选地，所述导向器的下表面，即导向板的下表面距离骨盆髋臼皮肤表面的距离约为8毫米-15毫米。由于人体不同时期不同体态的皮肤状态会呈现轻微的变化，为了适应这种轻微变化，导向器的下表面要与骨盆髋臼皮肤表面保持一定的距离，并且保持距离后，也方便微创手术的进行。更优选地，所导向板的下表面距离骨盆髋臼皮肤表面的距离约为10毫米。
优选地，所述导向板的厚度为8毫米-12毫米。该厚度既能确保导向器的稳定性，又能节省材料。
优选地，所述导向板由主板和辅板拼合而成，所述定向通道位于主板和辅板的拼合线上，所述定向通道亦分割成两个部分，即位于主板上的主通道体和位于辅板上的辅通道体，所述定向通道的分割面与导向板的分割面共面。为方便术中连接定向通道与定位体，在导向器上平均分割开定向通道，进而将导向板分隔开，所得小片的游离部分可视为辅板。
优选地，所述定向通道外套接有外套筒，用于术中固定拼合完整后的定向通道，同时配合定向通道内表面的摩擦力，定位体不会产生滑移现象，故而使整个导向器的定位十分精准。
优选地，所述导向通道的长度为20毫米-50毫米，方便手术时导向通道的方向能一直延伸下去，并且不会产生晃动。所述导向通道的内径与导针套筒的外径匹配。
优选地，所述导针由不锈钢制成或者钛合金制成，导针的侧身上设有刻度，方便确定手术中通道螺钉的放置长度。所述导针分为毫米和毫米两种型号，每种型号又分别设计有300毫米、400毫米和500毫米三种长度。本发明所述的导针在手术中穿过导针套筒，从而开辟骨通道和引导通道螺钉置入。
优选地，所述导针套筒由钻套、连接杆、销钉和手柄组成，其中所述钻套由不锈钢或者钛合金制成，所述钻套的外径统一。按照钻套的内径分型，可将所述导针套筒分为毫米和毫米两种型号，每种型号又分别设计有150毫米和250毫米两种长度，当人体肥胖程度较为严重时，可以设计并制造更长的、适合于病人使用的导针套筒。术中导针套筒穿过导向器的导向通道后，开辟软组织通道，抵达骨面，可起到防滑和限制导针方向的作用。
优选地，对于骨盆髋臼骨折较严重，需要多处进行固定的病人，可以使用多套本发明所述的通道螺钉体外导向装置。
另一方面，本发明提供了制备用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，所述方法结合了机械加工技术、医学影像学的三维重建术、计算机辅助设计技术、逆向工程技术及3D打印技术，制备的导向装置能够确保置钉导向通道导向置钉的精确性，采用该制备方法使得术前可以预测将要置入螺钉的具体位置及螺钉周围详细的骨质情况，骨折碎片与螺钉的空间位置关系，而不是凭空想象。
本发明所述制备用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法中，所述制备导向器的方法包括
步骤P1：将定位针经皮插入到患侧髂嵴或健侧髂嵴内，套上定位体，组装好定位器后进行CT扫描；
步骤P2：将CT扫描数据导入MIMICS软件中建立骨盆髋臼三维模型，所述骨盆髋臼三维模型中包含定位器三维模型；
步骤P3：在MIMICS、Geomagic和3-matic软件中，于骨盆髋臼三维模型基础上，处理得到导向器三维模型；
步骤P4：使用3D打印机将导向器三维模型打印输出，得到导向器。
进一步地，步骤P4中还包括将骨盆髋臼三维模型打印输出，得到骨盆髋臼实物模型。
进一步地，所述骨盆髋臼三维模型为骨盆髋臼骨折三维模型或骨盆髋臼复位三维模型。
进一步地，所述骨盆髋臼复位三维模型是在骨盆髋臼骨折三维模型的基础上处理得到的。
优选地，若患侧骨折移位不明显，骨盆髋臼通道、髂嵴尚完整，通道螺钉的进针点在定位针所在骨块上，不需要手术复位，则将定位针置于患侧髂嵴，缩短定位针与通道螺钉的进针点的距离，减小定位器的力臂长度，更有助于精准定位、减少误差；若患者骨折移位较大，髂嵴完整性丧失或者通道螺钉的进针点与定位针所在骨块分离，术中需要结合骨盆髋臼微创闭合复位系统闭合复位，则将定位针置于健侧髂嵴，使得复位过程中骨块的位移不影响定位针与主体骨的位置。
优选地，所述CT扫描采用薄层CT扫描，扫描厚度约为0.5毫米至1.0毫米。
优选地，采集的原始CT数据，以.dicom格式存储。
优选地，所述骨盆髋臼三维模型包括骨盆髋臼骨折三维模型或骨盆髋臼复位三维模型。
优选地，将CT扫描后获得的数据以.dicom格式导入到逆向工程软件中，通过读取分析、分割、编辑填充、去除冗余数据后，采用表面遮盖显示法，构建出骨盆髋臼骨折三维模型。
优选地，当骨盆髋臼螺钉植入前需要闭合复位处理时，在骨盆髋臼骨折三维模型基础上沿骨折线进行骨折块分割得到骨折块分离模型。在骨盆髋臼骨折三维模型基础上操作调整单个骨折块三维空间位置以恢复骨盆髋臼正常解剖形态得到骨盆髋臼复位三维模型，具体可通过平移、旋转、翻转等操作调整单个骨折块三维空间位置以恢复髋骨盆正常解剖形态得到骨盆髋臼复位三维模型。将各平移、旋转、翻转步骤记录下来。
优选地，在骨盆髋臼三维模型基础上，根据定位器三维模型处理得到定向通道三维模型和外套筒三维模型，根据螺钉通道模拟体处理得到导向通道三维模型，然后结合骨盆髋臼皮肤表面处理得到导向板三维模型，经过布尔运算，得到导向器三位模型。
优选地，步骤P3中所述导向板三维模型的厚度为8毫米-12毫米。
优选地，步骤P3中所述导向板三维模型与骨盆髋臼皮肤表面的距离为8毫米-15毫米。更优选地，步骤P3中所述导向板三维模型与骨盆髋臼皮肤表面的距离为10毫米。
优选地，步骤P3中可以测量得到螺钉通道的体内长度L。
优选地，3D打印的打印材料为光敏树脂材料。
优选地，3D打印的打印精度为不小于0.1mm。
优选地，3D打印的打印激光功率不低于400mw。
优选地，3D打印的打印温度不低于20℃。
优选地，步骤P4中还包括将骨盆髋臼三维模型打印输出，得到骨盆髋臼实物模型。所述骨盆髋臼实物模型包括骨盆髋臼骨折实物模型和骨盆髋臼复位实物模型。
优选地，所述导向器和骨盆实物模型在消毒中心行低温等离子体消毒，以备术中使用。
又一方面，本发明提供了使用用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，该方法简单易行，定位精准。
本发明所述使用用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法包括
步骤U1：将导向器的定向通道拼合包覆在定位器的定位体外，并用外套筒固定；
步骤U2：将导针套筒置入导向通道中，切开皮肤，穿透软组织直达骨面；
步骤U3：将导针置入导针套筒内，用电钻将导针打入骨盆髋臼内；
步骤U4：取出导针套筒，将螺钉置入导向通道中，手动拧入骨盆髋臼内。
具体地，术中连接好导向器和定位器后，先将导针套筒置入导向器上的导向通道，抵达皮肤，在皮肤上切开2cm切口后，沿着原方向穿透肌肉、筋膜等软组织抵达骨面。沿导针套筒置入导针，电钻打入导针至预先测量的体内螺钉通道的长度L，C臂机透视1-2个体位确认无误即可取出导针套筒，沿导向通道手动拧入拉力螺钉，再次透视1-2个体位确认即可。
进一步地，所述使用方法还包括在步骤U1之前使用3D打印获得的骨盆髋臼实物模型进行术前模拟置钉。
具体地，在骨盆髋臼实物模型上连接好导向器和定位器，将导针套筒置入导向器的导向通道，沿导针套筒置入导针，电钻打入导针至预先测量的体内螺钉通道的长度L，反复确认，导针没有穿出骨盆髋臼。
有益效果：
本发明所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置无需大范围彻底暴露骨质、无需反复透视确认进针点和进针方向，并且能结合骨盆微创闭合复位系统，真正做到复杂骨盆骨折的微小创伤、微量射线、精准导向、安全置钉以及稳定固定。
所述定位体与骨盆髋臼直接固定，可视作骨盆的一部分在体外的延伸，以之为参考点能准确确定骨盆髋臼上的各种螺钉通道的三维位置，与导向器连接即可使导向器上的导向通道与真实的骨盆髋臼螺钉通道在同一条直线上，配合导针和导针套筒以减少穿入骨质时的方位改变和皮肤、软组织等的干扰，也就做到了精准导向。本发明的联合使用既解决了骨盆髋臼通道难以精准导向的难题，也克服了人工操作的不稳定性。
本发明所述体外导向装置可用于治疗骨盆前、后环骨折，包括耻骨上支骨折、髋臼前柱或前壁骨折、髂骨翼骨折、髋臼后柱骨折、骶髂关节骨折或脱位、骶骨骨折等大多数类型的骨盆髋臼骨折，能快捷、精准打入耻骨上支或者髋臼前柱螺钉(AC)、髋臼后柱螺钉(PC)、髂骨螺钉、髋臼上螺钉(LC2)、骶髂螺钉(S1/S2)、经骶骨螺钉等。
本发明所述制备用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法根据待固定骨盆髋臼的CT三维数据建立数据模型，使得盆骨髋臼与导向器精确匹配，从而也使得经过3D打印成型的导向器具备精准可靠的导向性，能够帮助医生根据患者的具体情况进行个性化的定制设计，实现精准医疗。
本发明所述导向器的设计是在定位器的辅助下进行完成的，所述定位器与骨盆髋臼直接固定，可视作骨盆髋臼的一部分在体外的延伸，以之为参考点能准确确定骨盆髋臼上的各种螺钉通道的三维位置。
本发明所述使用用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法微创、简易、快捷，仅需2-4次透视即可完成一次置钉。
附图说明
图1为本发明实施例1中定位针的主视图；
图2为本发明实施例1中定位针的A-A面剖视图；
图3为本发明实施例1中定位针的B-B面剖视图；
图4为本发明实施例1中定位体的主视图；
图5为本发明实施例1中定位体的I-I面剖视图；
图6为本发明实施例1中导针的结构示意图；
图7为本发明实施例1中导针套筒的结构示意图；
图8为本发明实施例1中骨盆骨折三维模型的示意图；
图9为本发明实施例1中用圆柱体模拟S2螺钉通道的示意图；
图10为本发明实施例1中导向器的三维模型与骨盆骨折三维模型的配合图；
图11为本发明实施例1中导向器的三维模型与骨盆皮肤表面的配合图；
图12为本发明实施例1中导向器的正面结构示意图；
图13为本发明实施例1中导向器的背面结构示意图；
图14为本发明实施例1中导向器的爆破图；
图15为本发明实施例2中导向器三维模型制备过程中的状态图；
图16为本发明实施例2中主板和副板的分离图；
图中：定位器1、定位器三维模型1M、定位针1.1、自攻螺纹1.1.1、限位头1.1.2、定位体1.2、空腔1.2.1、导向器2、导向器三维模型2M、导向板2.1、导向板三维模型2.1M、主板2.1a、辅板2.1b、定向通道2.2、定向通道三维模型2.2M、主通道体2.2a、辅通道体2.2b、外套筒2.3、外套筒三维模型2.3M、导向通道2.4、导向通道三维模型2.4M、S2螺钉通道模拟体2.4.1C、RLC21螺钉通道模拟体2.4.2C、RLC22螺钉通道模拟体2.4.3C、导针3、刻度3.1、导针套筒4、钻套4.1、连接杆4.2、销钉4.3、手柄4.4、患侧髂嵴5A、健侧髂嵴5B、骨盆髋臼皮肤表面6。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过和具体实施对本发明作进一步的详细描述。
除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。在本发明中，无论是否使用“大约”或“约”等字眼，所有在此公开了的数字均为近似值。每一个数字的数值有可能会出现10％以下的差异或者本领域人员认为的合理的差异，如1％、2％、3％、4％或5％的差异。
如图1-14所示的用于S2螺钉的体外导向装置，其包括由一根定位针1.1和一个定位体1.2组成的定位器1、由3D打印获得的导向器2，以及导针3和导针套筒4。
所述定位针1.1为钛合金制，长120毫米，直径6毫米。如图1-3所示，定位针1.1的一端设有25毫米长的自攻螺纹1.1.1，另一端设有呈三棱柱结构的限位头1.1.2。
所述定位体1.2为70毫米x 15毫米x 15毫米的碳纤维长方体。如图4-5所示，定位体1.2的一端设有空腔1.2.1，所述空腔1.2.1的长度约为50毫米，由圆柱体空腔和三棱柱空腔组成。所述限位头1.1.2位于三棱柱空腔内，定位针1.1圆柱形针体的一部分位于圆柱体空腔内。
如图6所示，导针3为不锈钢制，其长度为500毫米、直径为1.0毫米。如图7所示，导针套筒4由钻套4.1、连接杆4.2、销钉4.3和手柄4.4组成，本实施例选用毫米型号的导针套筒4，其钻套的外径为7.5毫米、长度为250毫米。
在骨盆髋臼骨折的患侧髂嵴5A置入定位针1.1，局麻下选取髂嵴骨质较厚的髂前上棘与臀中肌柱之间为定位针1.1的置入点，电钻打入定位针1.1沿髂骨髓腔置入约40～50毫米，皮肤以外约70～80毫米。套上定位体1.2。
将置入定位器1的骨盆髋臼行CT薄层(0.5毫米厚)扫描，所得DICOM格式CT数据导入MIMICS Research17.0，通过3D建模得到如图8所示的带有定位器三维模型1M的骨盆髋臼骨折三维模型。
依照定位器三维模型1M的方向设置直径为25毫米的圆柱体，得到定向通道模拟体。依照定向通道模拟体的方向设置直径为30毫米的圆柱体，得到外套筒模拟体。如图9所示，以直径7.0毫米圆柱体模拟右侧S2螺钉通道置入骨盆髋臼骨折三维模型中，调整圆柱体的空间位置，经矢状位、冠状位和横断位反复确认其完全在骨质内、并与骨皮质有一定空间后，得到S2螺钉通道模拟体2.4.1C。将S2螺钉通道模拟体2.4.1C向两侧延伸，覆盖皮肤，确保S2螺钉通道模拟体2.4.1C穿出皮肤，测量S2螺钉通道模拟体2.4.1C的骨性长度L1(S2)(单位：毫米)以及骨面至皮肤的软组织长度L2(S2)(单位：毫米)，得到S2螺钉通道的体内长度L(S2)＝L1(S2)+L2(S2)。根据S2螺钉通道模拟体2.4.1C的方向设置圆柱体，得到导向通道模拟体。
将数据导入到GeomagicStudio12.0软件中，将骨盆髋臼骨折三维模型覆盖上皮肤，以定向通道模拟体、外套筒模拟体和导向通道模拟体穿出皮肤的位置为参考，设计导向板平面，并使导向板平面距离皮肤10毫米。在3-matic软件中，将导向板平面加厚为8毫米，得到导向板初级模型。从导向板初级模型下表面截断定向通道模拟体和外套筒模拟体并调整它们的高度，得到定向通道初级模型和外套筒初级模型。从导向板初级模型下表面截断导向通道模拟体并调整其高度为50毫米，得到导向通道初级模型。对导向板初级模型、定向通道初级模型、外套筒初级模型和导向通道初级模型进行布尔运算，得到如图10和图11所示的导向器三维模型2M，所述导向器三维模型2M包括导向板三维模型2.1M、定向通道三维模型2.2M、外套筒三维模型2.3M和导向通道三维模型2.4M(S2螺钉导向通道三维模型)。
使用3D打印机、以光敏树脂为材料打印导向器三维模型2M，设置打印精度0.1mm，使用400mw激光高精准凝固打印，得到导向器2。同理打印骨盆髋臼骨折三维模型，得到骨盆髋臼骨折实物模型。对打印的导向器2和骨盆髋臼骨折实物模型进行低温等离子体消毒，以备术中使用。
如图12-14所示，3D打印获得的导向器2包括导向板2.1、设在导向板2.1上的定向通道2.2、套接在定向通道2.2外的外套筒2.3，以及设在导向板2.1一端的导向通道2.4。
所述导向板2.1由主板2.1a和辅板2.1b拼合而成，所述主板2.1a的拼合处设有主通道体2.2a，所述辅板2.1b的拼合处设有辅通道体2.2b，所述主通道体2.2a和所述辅通道体2.2b拼合形成定向通道2.2。所述定向通道2.2的外径为25毫米、通道内截面为15毫米x15毫米的正方形。所述外套筒2.3呈中空的圆柱体结构，其内径为25毫米、外径为30毫米。
所述导向通道2.4为S2螺钉导向通道，它属于骶髂螺钉导向通道的一种，可用在治疗骶骨骨折的固定手术中。所述导向通道2.4的外径为15毫米、内径为7.5毫米。
在进行手术前，将导向器2连接到骨盆髋臼骨折实物模型的定位器实物模型上，沿着导向器2上的导向通道2.4，模拟术中放入毫米型号的导针套筒4，再沿导针套筒4电钻打入直径为1.0毫米的导针3。反复确认后，开始手术。
术中连接好导向器2和定位器1，先将导针套筒4置入导向通道2.4中，抵达皮肤，使用手术刀在皮肤上切开1厘米切口后，沿着原方向穿透肌肉、筋膜等软组织抵达骨面。沿导针套筒4置入导针3，电钻打入导针3至预先测量的S2螺钉通道的体内长度L(S2)，C臂机透视1-2个体位确认无误即可取出导针套筒4，更换为S2螺钉，手动拧入，再次透视1-2个体位确认即可。
按照导向器2与定位器的1连接步骤逆向取下导向器2，取下定位器1的定位体1.2，电钻逆向旋转取出定位针1.1，缝合切口。
实施例2：用于LC2螺钉的体外导向装置
本实施例所述的用于LC2螺钉的体外导向装置包括由两根定位针1.1和两个定位体1.2组成的定位器1、由3D打印获得的导向器2，以及导针3和导针套筒4。
两根所述定位针1.1和两个所述定位体1.2的结构以及它们的连接方式均与实施例1相同。
所述导针3为不锈钢制，其长度为300毫米，直径为2.5毫米。所述导针套筒4选用毫米型号，其钻套的外径为7.5毫米、长度为150毫米。
所述导向器2的制备方法与实施例1类似。
在骨盆髋臼骨折的健侧髂嵴5B置入两根定位针1.1，局麻下选取髂嵴骨质较厚的髂前上棘与臀中肌柱之间为定位针1.1的置入点，电钻打入定位针1.1沿髂骨髓腔置入约40～50毫米，皮肤以外约70～80毫米。相对的，右侧骨折移位明显，需手术复位，则定义为患侧，左侧移位较小，定义为健侧。之后套上两个定位体1.2。
将置入两个定位器1的骨盆髋臼行CT薄层(0.5毫米厚)扫描后，将所得DICOM格式CT数据导入MIMICS Research17.0，通过3D建模得到带有定位器1的骨盆髋臼骨折三维模型。在骨盆髋臼骨折三维模型的基础上沿骨折线进行骨折块分割得到骨折块分离模型。在骨盆髋臼骨折三维模型的基础上操作调整单个骨折块三维空间位置以恢复骨盆髋臼正常解剖形态得到骨盆髋臼复位三维模型，具体可通过平移、旋转、翻转等操作调整单个骨折块三维空间位置以恢复骨盆、髋臼正常解剖形态得到骨盆髋臼复位三维模型。将各平移、旋转、翻转步骤记录下来。所述骨盆髋臼骨折三维模型和骨盆髋臼复位三维模型上均包含定位器三维模型1M。
在骨盆髋臼复位三维模型的基础上，按照实施例1所述的方法制备出导向器三维模型2M。图15为制备过程中的状态图之一，具体地为导向板三维模型1M，两个定向通道三维模型2.2M，RLC21螺钉通道模拟体2.4.2C、RLC22螺钉通道模拟体2.4.3C及对应的两个导向通道三维模型2.4M(分别为RLC21螺钉导向通道三维模型和RLC22螺钉导向通道三维模型)与骨盆髋臼复位三维模型的配合图。
使用3D打印机、以光敏树脂为材料打印导向器三维模型2M，设置打印精度0.1mm，使用400mw激光高精准凝固打印，得到导向器2。同理打印骨盆髋臼骨折三维模型，得到骨盆髋臼骨折实物模型。对打印的导向器2和骨盆髋臼骨折实物模型进行低温等离子体消毒，以备术中使用。
3D打印获得的导向器2包括导向板2.1、设在导向板2.1上的两个定向通道2.2、两个分别套接在两个定向通道2.2外的外套筒2.3，以及设在导向板2.1一端的两个导向通道2.4。
如图16所示，所述导向板2.1由主板2.1a和辅板2.1b拼合而成，所述主板2.1a的拼合处设有两个主通道体2.2a，所述辅板2.1b的拼合处设有两个辅通道体2.2b，两个所述主通道体2.2a和两个所述辅通道体2.2b拼合形成两个定向通道2.2。两个所述定向通道2.2的外径均为25毫米、他们的通道截面均为15毫米x 15毫米的正方形。
两个所述导向通道2.4分别为RLC21螺钉导向通道和RLC22螺钉导向通道，它们都属于髋臼上螺钉导向通道，可用在治疗髂骨骨折的固定手术中。所述RLC21螺钉导向通道和RLC22螺钉导向通道的外径均为15毫米、内径均为7.5毫米。
在进行手术前，按照计算机模拟的步骤复位分离移位的骨折块，将导向器2连接到骨盆髋臼骨折三维模型的定位器实物模型上，沿着导向器2上的导向通道2.4，模拟术中放入毫米型号的导针套筒4，再沿导针套筒4电钻打入直径为2.5毫米的导针3。反复确认后，开始手术。
术中按照计算机模拟的步骤复位分离移位的骨折块，连接好导向器2和定位器1后，先将导针套筒4置入导向器上的RLC21导向通道，抵达皮肤，使用手术刀在皮肤上切开1厘米切口后，沿着原方向穿透肌肉、筋膜等软组织抵达骨面。沿导针套筒4置入导针3，电钻打入导针3至预先测量的RLC21螺钉通道的体内长度L(RLC21)，C臂机透视1-2个体位确认无误即可取出导针套筒4，更换为RLC21螺钉，手动拧入，再次透视1-2个体位确认即可。同理可以植入RLC22螺钉。
待RLC21螺钉和RLC22螺钉植入完成后，按照导向器2与定位器1的连接步骤逆向取下导向器2，取下定位器的定位体1.2，电钻逆向旋转取出定位针1.1，缝合切口。
实施例3：用于前柱螺钉的体外导向装置
本实施例所述的用于前柱螺钉的体外导向装置、其制备方法和使用方法均与实施例1类似，不同之处在于：
所述导向通道2.4为前柱螺钉导向通道，可用在治疗前柱骨折的固定手术中。所述导针3的直径为1.0毫米、长度为400毫米，所述导针套筒4选用毫米型号，其外径为7.5毫米、长度为150毫米。
实施例4：可同时用于前柱螺钉和S1/S2螺钉的体外导向装置
本实施例所述的可同时用于前柱螺钉和S1/S2螺钉的体外导向装置、其制备方法和使用方法均与实施例1、实施例3类似，不同之处在于：
所述导向器2上同时包括三个导向通道2.4M，分别为前柱螺钉导向通道、S1螺钉导向通道和S2螺钉导向通道，可分别供前柱螺钉、S1螺钉和S2螺钉穿过。所述导针3的直径为1.0毫米、长度为400毫米，所述导针套筒4选用毫米型号、其外径为7.5毫米、长度为150毫米。
Claims (13)
1.用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：包括定位器(1.1)、导向器(2)、导针(3)，以及套接在导针(3)外的导针套筒(4)；
所述定位器(1)包括定位针(1.1)和设有空腔(1.2.1)的定位体(1.2)；所述定位针(1.1)的一端固定在患侧髂嵴(5A)或健侧髂嵴(5B)内，所述定位针(1.1)的另一端位于空腔(1.2.1)内；
所述导向器(2)包括与骨盆髋臼皮肤表面(6)相匹配的导向板(2.1)、设在导向板(2.1)上的定向通道(2.2)、套接在定向通道(2.2)外的外套筒(2.3)，以及设在导向板(2.1)一端供通道螺钉穿过的导向通道(2.4)；所述导向板(2.1)由主板(2.1a)和辅板(2.1b)拼合而成，所述主板(2.1a)的拼合处设有主通道体(2.2a)，所述辅板(2.1b)的拼合处设有辅通道体(2.2b)，所述主通道体(2.2a)和辅通道体(2.2b)拼合形成定向通道(2.2)，所说定向通道(2.2)包覆在定位体(1.2)外并由外套筒(2.3)固定。
2.根据权利要求1所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述定位器(1)包括一根或两根定位针(1.1)，则所述定位体(1.2)、定向通道(2.2)和外套筒(2.3)的数量与定位针(1.1)的数量对应相等。
3.根据权利要求1或2所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述定位针(1.1)的一端设有自攻螺纹(1.1.1)，所述定位针(1.1)的另一端设有限位头(1.1.2)。
4.根据权利要求3所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述定位体(1.2)由碳纤维制成，所述定位体(1.2)呈三棱柱或四棱柱结构。
5.根据权利要求4所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述导向板(2.1)的下表面与骨盆髋臼皮肤表面(6)的距离为8毫米-15毫米，所述导向板(2.1)的厚度为8毫米-12毫米；所述导向通道(2.4)的高度为20毫米-50毫米。
6.根据权利要求4所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述导向通道(2.4)包括髋臼前柱螺钉导向通道、髋臼后柱螺钉导向通道、髂骨螺钉导向通道、髋臼上螺钉导向通道、骶髂螺钉导向通道和经骶骨螺钉导向通道中的一种或者几种。
7.根据权利要求5或6所述的用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置，其特征在于：所述导针(3)上设有刻度(3.1)。
8.制备权利要求1-7中任一项所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，其特征在于：制备所述导向器(2)的方法包括
步骤P1：将定位针(1.1)经皮插入到患侧髂嵴(5A)或健侧髂嵴(5B)内，套上定位体(1.2)，组装好定位器(1)后进行CT扫描；
步骤P2：将CT扫描数据导入MIMICS软件中建立骨盆髋臼三维模型，所述骨盆髋臼三维模型中包含定位器三维模型(1M)；
步骤P3：在MIMICS、Geomagic和3-matic软件中，于骨盆髋臼三维模型基础上，处理得到导向器三维模型(2M)；
步骤P4：使用3D打印机将导向器三维模型(2M)打印输出，得到导向器(2)。
9.根据权利要求8所述的制备权利要求1-7中任一项所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，其特征在于：步骤P4中还包括将骨盆髋臼三维模型打印输出，得到骨盆髋臼实物模型。
10.根据权利要求8或9所述的制备权利要求1-7中任一项所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，其特征在于：所述骨盆髋臼三维模型为骨盆髋臼骨折三维模型或骨盆髋臼复位三维模型。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述骨盆髋臼复位三维模型是在骨盆髋臼骨折三维模型的基础上处理得到的。
12.使用权利要求1-7中任一项所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，其特征在于：包括
步骤U1：将导向器(2)的定向通道(2.2)拼合包覆在定位器(1)的定位体(1.2)外，并用外套筒(2.3)固定；
步骤U2：将导针套筒(4)置入导向通道(2.4)中，切开皮肤，穿透软组织直达骨面；
步骤U3：将导针(3)置入导针套筒(4)内，用电钻将导针(3)打入骨盆髋臼内；
步骤U4：取出导针套筒(4)，将螺钉置入导向通道(2.4)中，手动拧入骨盆髋臼内。
13.根据权利要求12所述的使用权利要求1-7中任一项所述用于骨盆髋臼骨折的通道螺钉体外导向装置的方法，其特征在于：还包括在步骤U1之前使用3D打印获得的骨盆髋臼实物模型进行术前模拟置钉。
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|---|---|---|---|---|
| CN111728689A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-02 | 川北医学院附属医院 | 骨盆骨折后环微创稳定系统导板 |
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