CN114052995A - 一种3d打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法，包括骨体，所述骨体包括髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨，其特征在于：还包括髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼，所述耻骨翼延伸贴附于耻骨，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼为3d打印一体成型连接，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼分别通过3D打印成型，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼之间设置有互相匹配的连接钉孔，各自之间的连接钉孔通过连接螺钉固定连接，所述髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位设置有若干固定钉孔，本发明，具有有效重建髋臼骨缺损和骨植入能力良好的特点。

Description

一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体为一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法。

背景技术

随着全球范围内全髋关节置换手术量的不断增加，因各种原因导致全髋关节置换术后假体固定失效而需要进行翻修的患者数量也在与日俱增。全髋关节置换术后由于假体无菌性松动、假体周围骨溶解及感染的发生，髋臼侧假体在翻修时多存在不同程度的骨缺损，而对大范围、不规则解剖形态的髋臼骨缺损的处理是临床最具挑战性的难题。

在髋关节翻修术中，翻修假体需至少满足两方面：(1)髋臼假体必须具有稳定的力学构造，能够获得良好的初始稳定性，使应力能够分散在假体周围骨；(2)髋臼假体与宿主骨间需有足够的接触面积，并且假体与骨面需紧密接触，最大限度地降低假体与骨面间的微动，假体与骨之间的微移动应小于50um，大于150um的微移动则会导致骨吸收和纤维组织长入，并最终造成假体松动。

传统髋关节翻修手术，对髋臼侧严重骨缺损处理主要为以下几种方式：(1)大块同种异体骨或自体骨植骨，该方式植骨改建时间过长，无法提供早期的假体稳定性，易出现翻修假体位移松动，导致手术失败；(2)应用骨水泥固定假体，该方式尽管提供了早期稳定性，但由于假体和患者骨面不存在骨长入，仅为机械固定，远期易松动导致固定失效；(3)翻修型髋臼杯，现有的翻修型髋臼杯多为整体式设计，而骨盆结构复杂，不同患者骨缺损差异较大，整体式翻修型髋臼杯结构固定，对不同病患适配性差，假体与宿主骨达不到紧密接触远期容易失效，且整体式的设计加大了手术安装难度，延长手术时间，增加了手术风险；(4)组合式髋臼杯假体，现有的组合式髋臼杯基本为模块化设计，假体形态单一，不能满足各种不同类型的髋臼骨缺损，特别是巨大髋臼骨缺损，应用范围较窄。

因此，目前亟需一种能够更加可靠、有效的重建髋臼骨缺损，并能提供即刻力学稳定性、良好骨长入能力的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体及其制备、使用方法，包括骨体，所述骨体包括髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨，其特征在于：还包括髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼，所述髂骨翼延伸贴附于髂骨，所述耻骨翼延伸贴附于耻骨，所述坐骨翼延伸贴附于坐骨，该髋臼杯本体通过髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼分别与患者的髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨固定，固定更加牢固。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼为3d打印一体成型连接，3d打印一体成型连接的方式使得整个髋臼杯假体更加具有整体性。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼分别通过3D打印成型，分别3d打印成型可以使得便于更换组成的部件，使用更加灵活，术中操作较传统方式更为简捷、精确、可靠，降低手术操作难度，缩短手术时间，提高患者手术安全性。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼之间设置有互相匹配的连接钉孔，各自之间的连接钉孔通过连接螺钉固定连接，连接钉孔5用于连接髋臼杯本体与髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位设置有若干固定钉孔，且各个连接部位设置有若干固定钉孔，且各自的固定钉孔之间设置有固定螺钉，固定钉孔用于连接髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位。

根据上述技术方案，所述连接钉孔和固定钉孔内设置有内螺纹，所述连接螺钉和固定螺钉包括普通螺钉和锁定螺钉两种型号，普通螺钉通过旋合的方式固定，拆装较为方便，锁紧螺钉可以防止自身与连接钉孔和固定钉孔分离，提高固定的稳定性。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼接近骨体的一面设置有多孔层结构，多孔层结构可以增加后期内植物-骨界面的骨长入几率，从而增加了假体的远期稳定性。

根据上述技术方案，所述髋臼杯本体、髂骨翼、坐骨翼和耻骨翼的打印材料为符合内植物要求的钛合金、纯钛、钽、高分子材料或生物陶瓷中的一种。

一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的制备方法，其特征在于：包含以下具体步骤：

步骤1，对患者髋关节进行CT扫描，获得患者骨部位的CT影像，并导入三维逆向建模软件建立患者的三维髋臼模型；

步骤2，对三维髋臼模型进行数据处理，计算骨缺损的位置、范围和边界，根据患者髋臼骨缺损形态设计而成，假体能够与患者髋臼周围骨达到完美贴合，此种方式对髋臼杯中心位置进行准确定位，使其重建后的髋关节与原髋臼中心位置一致，具有良好的力学适配及形态适配性，实现对髋臼骨缺损的个性化精确重建；

步骤3，基于计算机辅助设计技术，利用逆向工程软件，根据患者髋关节解剖形态，在患者的三维髋臼模型上结合对侧正常髋臼数据，确定患侧髋臼假体旋转中心位置，设计组合式髋臼杯假体的各项参数，包括髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼的形状和尺寸结构，根据患者三维髋臼模型上髋臼骨缺损的位置和边界设计，保证假体与患者髋臼骨的完美贴合，确保假体与骨的直接紧密接触和稳定支撑，设计假体上螺钉孔数量、位置、方向和长度，生成组合式髋臼杯假体数字模型文件，使螺钉固定在患侧髋臼周围骨质中，此种方法优点为根据髋臼骨缺损的不同部位及固定强度，预先设计组合式髋臼假体上螺钉孔的数量、位置、方向和长度，增强假体的初始稳定性，提高手术精准度，缩短手术时间；

步骤4，采用3D打印机根据组合式髋臼杯假体数字模型文件打印出组合式髋臼杯假体，可根据不同患者的髋臼骨缺损情况打造个性化组合式髋臼假体，适用于各种类型的髋臼骨缺损翻修，应用范围广。

根据上述技术方案，上述步骤4中，髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼及其多孔层的打印方式包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束熔融技术中的一种，采用激光处理的方式可以使得切断面更加的平整光滑。

一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的使用方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1，将3D打印个性化组合式髋臼杯假体具有多孔层的一面紧密贴合患者待翻修髋臼部位的骨体；

步骤2，通过普通螺钉或锁定螺钉分别固定髋臼杯本体及髂骨翼部位；

步骤3，将耻骨翼及坐骨翼具有多孔层的一面紧密贴合患者骨体，通过普通螺钉或锁定螺钉固定，从而完成假体的安装。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，

(1)基于术前影像学资料，根据患者髋臼骨缺损形态设计而成，假体能够与患者髋臼周围骨达到完美贴合，对髋臼杯中心位置进行准确定位，使其重建后的髋关节与原髋臼中心位置一致，具有良好的力学适配及形态适配性，实现对髋臼骨缺损的个性化精确重建；

(2)通过采用多部件组合式方案，术中操作较传统方式更为简捷、精确、可靠，降低手术操作难度，缩短手术时间，提高患者手术安全性；

(3)通过根据髋臼骨缺损的不同部位及固定强度，预先设计组合式髋臼假体上螺钉孔的数量、位置、方向和长度，增强假体的初始稳定性，提高手术精准度，缩短手术时间；

(4)通过髋臼杯假体表面设计形成多孔结构，增加后期内植物-骨界面的骨长入几率，从而增加了假体的远期稳定性；

(5)可根据不同患者的髋臼骨缺损情况打造个性化组合式髋臼假体，适用于各种类型的髋臼骨缺损翻修，应用范围广。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体第一视角结构示意图；

图2是本发明的整体第二视角结构示意图；

图3是本发明的髋臼杯假体重建髋臼结构示意图；

图中：1、髋臼杯本体；2、髂骨翼；3、坐骨翼；4、耻骨翼；5、连接钉孔；6、固定钉孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，包括骨体，骨体包括髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨，其特征在于：还包括髋臼杯本体1、髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4，髂骨翼2延伸贴附于髂骨，耻骨翼4延伸贴附于耻骨，坐骨翼延伸贴附于坐骨，该髋臼杯本体1通过髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4分别与患者的髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨固定，固定更加牢固；

髋臼杯本体1与髂骨翼2、耻骨翼4、坐骨翼3为3d打印一体成型连接，3d打印一体成型连接的方式使得整个髋臼杯假体更加具有整体性；

髋臼杯本体1与髂骨翼2、耻骨翼4、坐骨翼3分别通过3D打印成型，分别3d打印成型可以使得便于更换组成的部件，使用更加灵活，术中操作较传统方式更为简捷、精确、可靠，降低手术操作难度，缩短手术时间，提高患者手术安全性；

髋臼杯本体1与髂骨翼2、耻骨翼4、坐骨翼3之间设置有互相匹配的连接钉孔5，各自之间的连接钉孔5通过连接螺钉固定连接，连接钉孔5用于连接髋臼杯本体1与髂骨翼2、耻骨翼4、坐骨翼3；

髋臼杯本体1、髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位设置有若干固定钉孔6，且各个连接部位设置有若干固定钉孔6，且各自的固定钉孔6之间设置有固定螺钉，固定钉孔6用于连接髋臼杯本体1、髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位；

连接钉孔5和固定钉孔6内设置有内螺纹，连接螺钉和固定螺钉包括普通螺钉和锁定螺钉两种型号，普通螺钉通过旋合的方式固定，拆装较为方便，锁紧螺钉可以防止自身与连接钉孔5和固定钉孔6分离，提高固定的稳定性；

髋臼杯本体1、髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4接近骨体的一面设置有多孔层结构，多孔层结构可以增加后期内植物-骨界面的骨长入几率，从而增加了假体的远期稳定性；

髋臼杯本体1、髂骨翼2、坐骨翼3和耻骨翼4的打印材料为符合内植物要求的钛合金、纯钛、钽、高分子材料或生物陶瓷中的一种；

一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的制备方法，其特征在于：包含以下具体步骤：

步骤1，对患者髋关节进行CT扫描，获得患者骨部位的CT影像，并导入三维逆向建模软件建立患者的三维髋臼模型；

步骤2，对三维髋臼模型进行数据处理，计算骨缺损的位置、范围和边界，根据患者髋臼骨缺损形态设计而成，假体能够与患者髋臼周围骨达到完美贴合，此种方式对髋臼杯中心位置进行准确定位，使其重建后的髋关节与原髋臼中心位置一致，具有良好的力学适配及形态适配性，实现对髋臼骨缺损的个性化精确重建；

步骤3，基于计算机辅助设计技术，利用逆向工程软件，根据患者髋关节解剖形态，在患者的三维髋臼模型上结合对侧正常髋臼数据，确定患侧髋臼假体旋转中心位置，设计组合式髋臼杯假体的各项参数，包括髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼的形状和尺寸结构，根据患者三维髋臼模型上髋臼骨缺损的位置和边界设计，保证假体与患者髋臼骨的完美贴合，确保假体与骨的直接紧密接触和稳定支撑，设计假体上螺钉孔数量、位置、方向和长度，生成组合式髋臼杯假体数字模型文件，使螺钉固定在患侧髋臼周围骨质中，此种方法优点为根据髋臼骨缺损的不同部位及固定强度，预先设计组合式髋臼假体上螺钉孔的数量、位置、方向和长度，增强假体的初始稳定性，提高手术精准度，缩短手术时间；

步骤4，采用3D打印机根据组合式髋臼杯假体数字模型文件打印出组合式髋臼杯假体，可根据不同患者的髋臼骨缺损情况打造个性化组合式髋臼假体，适用于各种类型的髋臼骨缺损翻修，应用范围广；

上述步骤4中，髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼及其多孔层的打印方式包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束熔融技术中的一种，采用激光处理的方式可以使得切断面更加的平整光滑；

如图3，一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的使用方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1，将3D打印个性化组合式髋臼杯假体具有多孔层的一面紧密贴合患者待翻修髋臼部位的骨体；

步骤2，通过普通螺钉或锁定螺钉分别固定髋臼杯本体及髂骨翼部位；

步骤3，将耻骨翼及坐骨翼具有多孔层的一面紧密贴合患者骨体，通过普通螺钉或锁定螺钉固定，从而完成假体的安装。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，包括骨体，所述骨体包括髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨，其特征在于：还包括髋臼杯本体(1)、髂骨翼(2)、坐骨翼(3)和耻骨翼(4)，所述髂骨翼(2)延伸贴附于髂骨，所述耻骨翼(4)延伸贴附于耻骨，所述坐骨翼延伸贴附于坐骨。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)与髂骨翼(2)、耻骨翼(4)、坐骨翼(3)为3d打印一体成型连接。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)与髂骨翼(2)、耻骨翼(4)、坐骨翼(3)分别通过3D打印成型。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)与髂骨翼(2)、耻骨翼(4)、坐骨翼(3)之间设置有互相匹配的连接钉孔(5)，各自之间的连接钉孔(5)通过连接螺钉固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)、髂骨翼(2)、坐骨翼(3)和耻骨翼(4)与髋臼骨、髂骨、耻骨和坐骨的接触部位设置有若干固定钉孔(6)，且各个连接部位设置有若干固定钉孔(6)，且各自的固定钉孔(6)之间设置有固定螺钉。

6.根据权利要求5所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述连接钉孔(5)和固定钉孔(6)内设置有内螺纹，所述连接螺钉和固定螺钉包括普通螺钉和锁定螺钉两种型号。

7.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)、髂骨翼(2)、坐骨翼(3)和耻骨翼(4)接近骨体的一面设置有多孔层结构。

8.根据权利要求1所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体，其特征在于：所述髋臼杯本体(1)、髂骨翼(2)、坐骨翼(3)和耻骨翼(4)的打印材料为符合内植物要求的钛合金、纯钛、钽、高分子材料或生物陶瓷中的一种。

9.一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的制备方法，其特征在于：包含以下具体步骤：

步骤1，对患者髋关节进行CT扫描，获得患者骨部位的CT影像，并导入三维逆向建模软件建立患者的三维髋臼模型；

步骤2，对三维髋臼模型进行数据处理，计算骨缺损的位置、范围和边界；

步骤3，基于计算机辅助设计技术，利用逆向工程软件，根据患者髋关节解剖形态，在患者的三维髋臼模型上结合对侧正常髋臼数据，确定患侧髋臼假体旋转中心位置，设计组合式髋臼杯假体的各项参数，包括髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼的形状和尺寸结构，根据患者三维髋臼模型上髋臼骨缺损的位置和边界设计，保证假体与患者髋臼骨的完美贴合，确保假体与骨的直接紧密接触和稳定支撑，设计假体上螺钉孔数量、位置、方向和长度，生成组合式髋臼杯假体数字模型文件，使螺钉固定在患侧髋臼周围骨质中；

步骤4，采用3D打印机根据组合式髋臼杯假体数字模型文件打印出组合式髋臼杯假体。

10.根据权利要求9所述的一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的制备方法，其特征在于：上述步骤4中，髋臼杯本体、髂骨翼、耻骨翼、坐骨翼及其多孔层的打印方式包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束熔融技术中的一种。

11.一种3D打印个性化组合式髋臼杯假体的使用方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1，将3D打印个性化组合式髋臼杯假体具有多孔层的一面紧密贴合患者待翻修髋臼部位的骨体；

步骤2，通过普通螺钉或锁定螺钉分别固定髋臼杯本体及髂骨翼部位；

步骤3，将耻骨翼及坐骨翼具有多孔层的一面紧密贴合患者骨体，通过普通螺钉或锁定螺钉固定，从而完成假体的安装。

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