[发明专利]一种3D打印个体化定制全腕关节及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印个体化定制全腕关节及其制作方法，用于因创伤或肿瘤而引起腕部严重骨缺损的患者，以重建患者腕部正常的解剖和功能，本发明属于医疗器械技术领域。

背景技术

对于涉及到腕关节的严重复杂骨缺损来说，常规的腕关节假体或者其他植入物无法弥补其巨大的骨缺损和关节位置的破坏，无法重建正常的解剖形态及功能。现有定制假体，缺乏与医生之间的医工交流，所设计产品很难达到医生要求，且定制假体的设计周期较长，制造成本较高，常规生产手段制造出的假体表面处理效果较差，骨长入效果不良。

发明内容

本发明主要针对以上情况，提出一种3D打印个体化定制全腕关节及其制作方法，运用3D打印技术，根据患者的骨骼缺损情况和关节设计特点来进行快速个体化设计制造人工关节，真正实现患者解剖结构和功能的重建。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种3D打印个体化定制全腕关节，包括桡骨侧关节柄、掌侧固定托盘、掌侧关节面和桡骨远端关节面；所述掌侧固定托盘下方设置立柱和螺钉，螺钉方向指向立柱，桡骨侧关节柄与桡骨远端关节面连接，掌侧关节面位于桡骨远端关节面下方，掌侧关节面覆盖在掌侧固定托盘表面，掌侧关节面与桡骨远端关节面之间为活动连接。

进一步，所述掌侧关节面的上表面为凸起的半椭球形滑道接触面，下表面为用于和掌侧固定托盘进行组装的超高交联聚乙烯衬垫，所述下表面设置用于和掌侧固定托盘进行固定的固定孔。

进一步，所述立柱的直径为8mm，长度为25mm，锥度为1：3。

再进一步，所述掌侧固定托盘表面的形状为椭圆形，所述桡骨远端关节面的材料为钴铬钼合金。

一种3D打印个体化定制全腕关节的制作方法，包括以下步骤：

S1:根据髓腔直径大小和形态设计并打印桡骨侧关节柄，具体步骤为在医学三维重建软件Mimics中利用患者CT扫描的DICOM格式数据对健侧桡骨进行重建，将患侧与健侧相对比后，确定健侧所需选取的位置和范围，导出stp文件后，将stp文件导入工业软件中，镜像后与患侧对比，将患侧缺失的部分进行相差，近端裁剪，远端按照健侧腕关节宽度进行简化设计，所述桡骨侧关节柄的末端形成一个用于固定连接桡骨远端关节面的仿生底座，底座中心位置留置安装桡骨远端关节面的凹槽，采用金属3D打印技术对医用Ti6Al4V合金进行打印，形成桡骨侧关节柄毛坯，打印完成后超声去除毛坯中的多余粉末；

S2:设计桡骨远端关节面，桡骨远端关节面采用凹陷的半椭球形滑道接触面，滑道主要运动方向为仿生模式的左右滑动和上下滑动，所述桡骨远端关节面与桡骨侧关节柄相连接的部位采用凸起的柱状设计，使之与桡骨侧关节柄凹槽匹配，对设计完毕的桡骨远端关节面采用金属3D打印技术对钴铬钼合金进行打印，形成桡骨远端关节面毛坯，超声去除打印完成后的桡骨远端关节面毛坯中的多余粉末；

S3:将桡骨远端关节面和桡骨侧关节柄的接触部位抛光后，将二者组合；

S4:设计制作掌侧关节面，具体步骤为：将掌侧关节面的上表面设计为与桡骨远端关节面对应的凸出半椭球形滑道接触面，滑道主要运动方向为仿生模式的左右滑动和上下滑动，掌侧关节面与掌侧固定托盘接触的下表面设置用于和掌侧固定托盘进行组装的超高交联聚乙烯衬垫，下表面还设置有用于和掌侧固定托盘进行固定的固定孔，打印设计完毕的掌侧关节面；

S5:设计制作掌侧固定托盘，具体步骤为将患侧掌骨导入到工业软件中，在工业软件中以残存掌骨为基准，建立坐标轴，根据患者掌骨的大小，绘制掌侧固定托盘，根据剩余掌骨的位置，调整掌侧固定托盘上立柱和螺钉的位置，设计完成后采用金属3D打印技术对医用Ti6Al4V合金粉末进行打印，形成掌侧固定托盘毛坯件，超声去除毛坯中的多余粉末，对掌侧固定托盘毛坯件进行打磨；

S6:将掌侧关节面安装到掌侧固定托盘上，将组合后的桡骨远端关节面和桡骨侧关节柄与组合后的掌侧关节面和掌侧固定托盘进行连接，其中桡骨侧关节柄和桡骨远端关节面在假体生产时已经安装完毕，掌侧关节面和掌侧固定托盘是在术中进行组装。

进一步，步骤S1中获取DICOM格式数据的方法为：采集患者双侧腕关节的CT断层并在缺损部位近端和远端完整扫描图像，获取Dicom格式图像。

进一步，步骤S1中确定健侧所需选取的位置和范围的方法为：将健侧和患侧近端对齐，平行放在一起，在患侧骨缺损的位置划线截取，所画截取线同时经过健侧，从而截取患侧在健侧对应的部位。

再进一步，步骤S1中所述的工业软件是指UG、SolidWorks或ProE。