3D打印导向模板在复杂转子下骨折内固定手术中的设计及研究

发布时间：2017-01-11 19:22

  本文关键词：3D打印导向模板在复杂转子下骨折内固定手术中的设计及研究，由笔耕文化传播整理发布。

《河北医科大学》 2015年

3D打印导向模板在复杂转子下骨折内固定手术中的设计及研究

吴帆  

【摘要】：目的:高能量伤造成的复杂粉碎性转子下骨折逐渐增多,目前手术内固定为主要的治疗方式。但是,因患者骨折复杂、个体之间变化差异很大,对其临床处理往往成为创伤骨科医生的难题。在治疗过程中,固定方式的选取,内置物安放过程中导针定位点及方向的选择主要根据术者的临床经验,其准确性及安全性不足,易导致内置物偏差或术后内固定失败等并发症。故手术方式的选择及术中内置物安放位置的准确性是影响疗效和预后的关键因素。基于此,本研究利用3D打印骨折模型设计最佳手术方式及步骤,利用3D打印手术导向模板进行辅助定位,以增加手术的安全性和准确性,缩短复杂骨折手术的学习曲线,为临床手术治疗提供一种新的方法和有效的辅助手段。方法:1获取图像:选取1名复杂股骨转子下骨折患者,56岁,体重78kg,身高172cm,X线示:左股骨粉碎性转子下骨折,Seinsheimer分型Ⅴ型。行Philips Brilliance 64排螺旋CT从骨盆上缘至股骨远端扫描,层厚1mm,扫描范围包括患肢及健侧肢体。获得Dicom格式CT 326张。2建立数字三维模型:将获得的Dicom格式图像导入软件Mimics 17.0中,对原始图像进行蒙版、分割、光滑等步骤处理,对不同骨折块单独重建及标记,生成骨折及健侧股骨近端数字三维模型。3虚拟手术复位并确定手术方案:在Mimics中对骨折数字三维模型进行虚拟手术复位,通过对骨折复位前及复位后数字三维模型的各个角度观察分析,综合多因素的考虑,确定最终应用动力髁螺钉固定。4 3D模型的打印、手术模拟及内置物预塑形:应用3D打印机同时打印出两份骨折模型及一份健侧股骨近端镜像模型,选取一份骨折模型,复位骨折块,选定适合长度的动力髁钢板并拟定螺钉的打入位置及数目,进行模拟手术,并对选定的公版内置物进行预塑形。5动力髁螺钉数字模型的建立及组装验证:测量塑形后的动力髁螺钉详细参数。在Creo Parametric 2.0软件中得到动力髁螺钉数字模型,导入3-matic 9.0中,安放在符合AO固定标准的位置,进一步检验螺钉的位置与固定骨块的关系。6手术导向模板的设计、打印及验证:根据之前验证的DCS安装位置定位出动力髁加压螺钉及近端松质骨螺钉的进针点,提取进针点周围外侧特征皮质骨曲面的解剖形态,在软件中建立与进针点周围骨皮质解剖形状一致的反向模板,通过3D打印机将导向模板制作出来。选取另一份骨折模型,通过手术导向模板安装动力髁螺钉。验证手术导向模板的可行性。结果:1利用患者CT数据在Mimics 17.0软件中经过蒙版、分割、填洞以及后期的光滑处理,得到了复杂股骨转子下骨折及健侧股骨近端镜像骨的数字三维模型,并对骨折模型进行模拟手术复位,获得了骨折复位后的数字三维模型。对骨折复位前及复位后的数字三维模型进行各个角度观察分析,综合多因素的考虑,选择了最终的手术方案,通过动力髁螺钉固定。2通过3D打印技术制作出了1:1大小的复杂股骨转子下骨折物理模型,提供了逼真的术前模拟环境,模拟复位后选定了适合本研究对象长度的动力髁螺钉系统,在实体模型上模拟内固定手术并完成对选定的公版动力髁螺钉钢板预塑形,确定了螺钉的长度。3利用Creo Parametric 2.0软件中得到根据3D打印模型选定好规格并塑形后的DCS数字三维模型,与骨折复位后数字三维模型共同导入3-matic 9.0软件中,根据AO组织内固定标准安装DCS数字三维模型,进一步检验了螺钉的位置与固定骨块的关系,验证结果显示与通过3D打印骨折模型选择的钢板及螺钉长度吻合。最终确定了应用动力髁螺钉规格:钢板长度242mm,14孔,拉力螺钉长度65mm,4.5mm松质骨螺钉长度由近端至远端依次为54mm、44mm,4.5mm皮质骨螺钉长度由近端至远端依次为34mm、34mm、34mm、32mm、32mm、32mm。4根据数字三维模型定位出动力髁加压螺钉及近端空心钉的进针点,提取进针点周围外侧特征皮质骨曲面的解剖形态,在软件中建立与进针点周围骨皮质解剖形状一致的反向模板,通过3D打印机生成实物手术导向模板。5应用3D打印出的手术导向模板在实物骨折模型上进行模拟手术操作,制备出的手术导向模板具有良好的匹配性和准确性,大大缩短了模拟手术时间,适用于复杂股骨转子下骨折的手术治疗。结论:本实验运用先进的计算机辅助工程软件及3D打印技术建立了1:1大小的复杂股骨转子下骨折三维模型以及符合患者解剖结构的手术导向模板。为制定复杂股骨转子下骨折患者个体化手术方案提供了解剖学基础,缩短了手术的学习曲线,增加了手术固定的准确性和安全性。为手术医生术中快速、准确定位提供了一种新的方法,具有一定的临床应用价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3
【目录】：

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本文编号：236427