[发明专利]一种3D打印的股骨头坏死导航模板及构建方法与应用

说明书

本发明公开一种3D打印的股骨头坏死导航模板及构建方法与应用，通过术前规划定制精准定位的导航模板，即通过股骨头影像数据获取和处理、股骨头三维模型重建、股骨头三维模型上定位目标区域、虚拟导航模板的数字化生成、导航模板的3D打印制作获得可与股骨头大转子区域精准匹配的导航基模板、最佳进针角度及方位的导航管；本发明基于三维重建并3D打印获得的股骨头坏死导航模板，可直观应用于手术的操作导航，有效降低辐射伤害及对患者的创伤，便于操作者掌握、操作和技术推广。

技术领域

本发明涉及股骨头坏死定位导航装置技术领域，具体的涉及一种3D打印的股骨头坏死导航模板及构建方法与应用。

背景技术

股骨头缺血坏死是临床常见病，针对股骨头缺血性坏死治疗方法有多种，其中股骨头钻孔减压，首先由德国人应用治疗股骨头缺血坏死，早期疗效显著，在理论上，降低骨内压，重建血液循环、恢复股骨头血流，使死亡的骨组织有机会与活组织相接触，促进修复过程。髓芯减压治疗早期的股骨头缺血性坏死疗效确切，已被广大临床骨科医生所认可。Steingerg等人将钻空减压与骨移植结合起来，希望去除坏死的骨质，植骨块能够加固减压部位，提供机械性支撑作用，另外，植入的骨组织起到骨诱导的作用。可保护功能，减轻疼痛、推迟全髋关节置换。

随着显微外科的发展，髓内减压加血管束或带蒂的骨(膜)移植治疗股骨头缺血性坏死的报道日益增多，也取得较好的疗效。股骨头髓芯减压，可以清晰的看到是一个较为可行和可靠的方法。以往的方法是通过体表定位、X线多方位透视，打入导针，再次透视确定角度、深度、方向，而后扩大隧道，清除坏死骨，采用上述方法存在诸多缺陷，如无法在操作时实现术前规划，做到精准的定位，同时在进行术中操作时医护人员及患者受到的辐射大，多次重复的操作确定角度、深度对患者创伤较大，同时对于操作者的经验要求较高，不便于技术的掌握和技术推广。

综上所述，目前现有技术缺乏根据个体定制的股骨头坏死导航模板用于治疗股骨头坏死，同时缺乏相应的导航模板构建方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种3D打印的股骨头坏死导航模板及构建方法与应用，通过术前规划定制精准定位的导航模板，直观应用于手术的操作导航，有效降低辐射伤害及对患者的创伤，便于操作者掌握、操作和技术推广。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种3D打印的股骨头坏死导航模板，包括定位基模板和导航管，导航管贯穿定位基模板设置，所述定位基模板通过3D打印获得，一面凹陷匹配股骨头大转子解剖结构，并于另一面贯穿设置导航管，所述导航管为带贯通导航孔的空心结构，与定位基模板呈角度且导航管凸起于定位基模板。

进一步的，所述定位基模板的厚度为2-4mm。

本发明的另一目的在于，提供一种3D打印的股骨头坏死导航模板的构建方法，包括以下步骤：

步骤1.股骨头影像数据获取和处理

采用64排螺旋CT对髋关节进行薄层扫描，并将原始CT图像数据以Dicom格式导入Mimics 15.0软件；

步骤2.股骨头三维模型重建

在Mimics 15.0软件中利用阈值分割(Thresholding)和区域增长(Regiongrowing)得到蒙板(Mask)，并利用编辑蒙板工具(Editing masks)仔细逐层对髋臼和股骨头进行分离，擦除髋关节，保留股骨头，利用区域增长提取出股骨，保存为新的股骨蒙板，利用布尔运算(Boolean operation)功能，完成髋臼侧的分离，通过蒙板光顺(Smooth mask)和计算3D模型(Calculate 3D)完成股骨头三维模型重建；

步骤3.股骨头三维模型上定位目标区域