一种个体化上颌骨截骨及再定位导航实体的制造方法

摘要

本发明涉及一种个体化上颌骨截骨及再定位导航实体的制造方法，它包括如下步骤：一、根据患者头颅三维数字化模型的上颌骨具体形态给出截骨位置、截骨区域、及术后理想的上颌骨空间位置、理想的上颌骨的外表面；二、根据虚拟截骨位置和截骨区域设计出上颌骨截骨导航实体，三，设计出需移动的上颌骨骨块的再定位导航实体，四、使用快速原型技术制作整体导航实体。本发明优点如下：本发明根据截骨导航实体和再定位导航实体的数字化三维几何模型，使用快速原型技术制作整体导航实体，引导骨锯按术前数字化方案中制定的截骨位置和截骨量精确截骨，移至术后理想空间位置的上颌骨骨块通过与再定位导航实体的贴合匹配固位，实现手术的数字化、简单化、精确化和可控化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学图像中的导航，尤其涉及一种个体化上颌骨截骨及再 定位导航实体的制造方法。

背景技术

随着社会经济文化的发展，人们对自身面貌美观越发关切，要求通过整形 手术改善颌面骨性畸形的患者也逐日增多。颅颌面部骨性畸形最主要的治疗方 式为外科手术治疗，通过对上下颌骨骨块的重新定位，使患者面貌美观得到改 善。由于人们对美观要求日益增高，对整形手术的精确性要求也日益增加。

传统治疗方式中，患者需要通过面弓转移的方式，将上下颌牙列的石膏模 型转移安置于半可调式颌架上。通过模型外科的设计和制作，分别移动代表上 下颌骨骨块的石膏模型来确定颌骨骨块需要移动到的空间位置，并制作咬合板 以供术中使用。这个过程需要耗费大量的人力和时间，并且存在着许多潜在性 误差。这些误差都会导致手术时颌骨骨块不能达到计划中最佳的空间位置，从 而影响患者面貌美观的改善。手术中通过咬合板控制颌骨骨块的位置，具有稳 定性差及操作繁琐等缺点。常规外科治疗中，截骨的位置和需要去除骨块的多 少完全由手术医生在术中根据经验决定，具有准确性差和不易掌握等缺点。

随着计算机技术的发展，计算机辅助外科技术在外科领域有了越来越广泛 的应用。医生可以根据患者CT数据重建患者头部的三维数字模型，在计算机中 通过计算机辅助外科技术进行虚拟手术，对骨块进行截断和移动。通过对不同 手术方案的模拟和比较，最终确定最佳的手术计划。但是这些数字化的手术计 划很难准确地转换为术中实际指导手术医生的具体操作。目前常用的将术前数 字化手术计划转换为术中实际的方法为外科导航技术。外科导航系统构造复杂， 术中需要使用的设备较多，包括显示器、计算机、导航定位仪及示踪器等；操 作过程繁杂，常需反复配准和定位。并且目前外科导航技术对单个点的空间位 置确定较为成熟，对于颅颌骨骨块这样复杂形态的结构，仍不能进行很好的空 间定位。同时外科导航技术自身存的问题，如术中配准时的实时性误差和术中 组织移位等问题都有待进一步改善。以上因素都限制了外科导航技术的广泛推 广和应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种个体化上颌骨截骨及再 定位导航实体的制造方法。该方法针对颌骨畸形外科整形这一常见的颅颌面部 手术，通过计算机辅助设计和快速原型技术来制造个性化手术导航实体，具体 指导手术医生术中操作，实现上颌骨三维精确截骨及骨块三维精确再定位，使 术前数字化手术方案能够精确地转化为术中手术实际。

本发明通过以下技术方案于以实现：一种个体化上颌骨截骨及再定位导航 实体的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一、在术前对患者头颅进行CT扫描，根据患者术前CT扫描数据重建 患者头颅三维数字化模型；决定上颌骨骨块虚拟切割手术中，上颌骨骨块在三 维方向上需要切除及移动的方向和距离；而后根据患者上颌骨具体形态给出截 骨位置、截骨区域、及术后理想的上颌骨空间位置、理想的上颌骨的外表面；

步骤二、然后根据虚拟截骨位置和截骨区域，使用CAD技术设计出上颌骨 截骨导航实体，所述截骨导航实体由左右两个部件组成，两个部件形态结构基 本对称，分别固定于左右原上颌骨表面，截骨导航实体的内表面与原上颌骨表 面紧密贴合，截骨导航实体的外表面形态由原上颌骨表面形态决定，截骨导航 实体的外表面设定位栓柱，截骨导航实体与上颌骨表面贴合且达到唯一稳定的 位置之后固定，截骨导航实体截骨区设有截骨标记，按截骨标记切除截骨区域， 数字化手术方案中三维截骨位置和截骨区域以形态结构的方式储存于截骨导航 实体中；

步骤三，继而根据切割后上颌骨剩余部分及位于术后理想的上颌骨空间位 置的上颌骨骨块使用CAD技术设计出需移动的上颌骨骨块的再定位导航实体， 所述再定位导航实体内表面与截骨导航实体外表面、位于术后理想的上颌骨空 间位置的上颌骨骨块表面紧密贴合，再定位导航实体外表面形态由理想的上颌 骨的外表面决定，再定位导航实体上部设有与截骨导航实体两定位栓柱相对应 的两个栓孔，通过两个栓孔再定位导航实体与截骨导航实体形成稳固的栓柱锁 结，再定位导航实体与位于术后理想的上颌骨空间位置的上颌骨骨块贴合且达 到唯一稳定的位置之后固定，通过与上颌骨骨块贴合形态设计使数字化手术方 案中骨块三维空间位置以形态结构的方式储存于再定位导航实体中；

步骤四、最后根据截骨导航实体和再定位导航实体的数字化三维几何模型， 使用快速原型技术制作整体导航实体；术中截骨导航实体稳定贴合固位于原上 颌骨骨面，引导骨锯按术前数字化方案中制定的截骨位置和截骨量精确截骨， 移至术后理想空间位置的上颌骨骨块通过与再定位导航实体的贴合匹配固位， 将储存于再定位导航实体中的数字化手术方案所确定的骨块三维空间位置在术 中精确地呈现出来，上颌骨骨块实现了术中进行精确定位，术前数字化手术计 划方案准确转换为手术实际。

本发明进一步采取如下措施：

步骤一中所述截骨区域是指：当上颌截开之后，如果需要向上移动，必须 要去除一部分会对骨块移动产生阻挡的骨头，以使上颌骨骨块能够顺利移动到 所需要的位置。

步骤二中截骨导航实体非截骨区域上部与上颌骨剩余部分表面贴合并唯一 稳定的位置之后固定为在截骨导航实体上钻至少2个洞，贯穿导航实体，穿入 骨面，用螺丝将截骨导航实体与颌骨骨面固定。

步骤二中所述截骨标记为可容纳电锯片的凹槽结构，凹槽结构与截骨线位 置和截骨量吻合一致。

步骤三中再定位导航实体与移动后上颌骨骨块贴合且唯一稳定的位置之后 固定为在再定位导航实体上钻至少2个洞，贯穿导航实体及截骨导航实体并穿 入骨面，再用螺丝紧固。

本发明的积极效果是：本发明提出的一种个体化上颌骨截骨及再定位导航 实体的制造方法，具有如下优点：1)本发明根据截骨导航实体和再定位导航实 体的数字化三维几何模型，使用快速原型技术制作整体导航实体，引导骨锯按 术前数字化方案中制定的截骨位置和截骨量精确截骨，移至术后理想空间位置 的上颌骨骨块通过与再定位导航实体的贴合匹配固位，实现上颌骨三维空间精 确截骨和再定位，实现手术的数字化、简单化、精确化和可控化，大大缩短了 手术时间，减轻了患者的痛苦，取得了显著的技术进步和良好的社会和经济效 益；2)相对于传统治疗过程，该导航实体完全由计算机设计制作，精确度高， 误差小，减少了大量的人力劳动；3)相对于现有导航技术，该导航实体术中使 用简单，无需其他多余设备，能够精确指导手术医生操作；4)该导航实体可以 精确地将术前数字化手术方案转化为术中实际，大大提高了手术精度，实现经 验化外科操作向数字化的转变。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

一种个体化上颌骨截骨及再定位导航实体的制造方法，它包括如下步骤：

步骤一、在术前对患者头颅进行CT扫描，根据患者术前CT扫描数据重建 患者头颅三维数字化模型；决定上颌骨骨块虚拟切割手术中在三维方向上需要 移动的方向和距离；而后根据患者上颌骨具体形态给出截骨位置、截骨区域、 及术后理想的上颌骨空间位置、理想的上颌骨的外表面；所述截骨区域是指： 当上颌截开之后，如果需要向上移动，必须要去除一部分会对骨块移动产生阻 挡的骨头，以使上颌骨骨块能够顺利移动到所需要的位置。精确确定截骨区域 的实际意义在于，一次性去除不需要的骨块，能避免对骨块的反复去除和磨除， 减少手术时间和术中出血；同时也避免了过多去骨而造成的人为的、不必要的 间隙，减少对患者的不必要的创伤。故截骨区域的确定涉及患者术后的面容、 术后的效果及手术的成功。

步骤二、然后根据虚拟截骨位置和截骨区域，使用CAD技术设计出上颌骨 截骨导航实体，所述截骨导航实体由左右两个部件组成，两个部件形态结构基 本对称，分别固定于左右原上颌骨表面，截骨导航实体的内表面与原上颌骨表 面紧密贴合，截骨导航实体的外表面形态由原上颌骨表面形态决定，截骨导航 实体的外表面设定位栓柱，截骨导航实体与上颌骨表面贴合在唯一稳定的位置 之后固定，截骨导航实体截骨区设有截骨标记，按截骨标记切除截骨区域，数 字化手术方案中三维截骨位置和截骨区域以形态结构的方式储存于截骨导航实 体中。本步骤中所设置的截骨导航实体的目的是更精确地进行截骨。首先，截 骨导航实体与上颌骨表面贴合在唯一稳定的位置之后固定，以避免截骨时可能 发生的位移。所述唯一稳定的位置为截骨导航实体的内表面与与原上颌骨表面 完全吻合。所述固定为在截骨导航实体上钻至少2个洞，贯穿导航实体，穿入 骨面，用螺丝将截骨导航实体与颌骨骨面固定起来。截骨时依据截骨标记切除 截骨区域，所述截骨标记为可容纳电锯片的凹槽结构，凹槽结构与截骨线位置 和截骨量吻合一致，截骨区域的凹槽结构引导电锯准确切割，从而提高了手术 的精确性。截骨导航实体表面的定位栓柱为下一步骤的再定位导航实体的定位 给出参照依据。

步骤三，继而根据切割后上颌骨剩余部分及位于术后理想的上颌骨空间位 置的上颌骨骨块使用CAD技术设计出需移动的上颌骨骨块的再定位导航实体， 所述再定位导航实体内表面与截骨导航实体外表面、位于术后理想的上颌骨空 间位置的上颌骨骨块表面紧密贴合，再定位导航实体外表面形态由理想的上颌 骨的外表面决定，再定位导航实体上部设有与截骨导航实体两定位栓柱相对应 的两个栓孔，通过两个栓孔再定位导航实体与截骨导航实体形成稳固的栓柱锁 结，再定位导航实体与位于术后理想的上颌骨空间位置的上颌骨骨块贴合且达 到唯一稳定的位置之后固定，通过与上颌骨骨块贴合形态设计使数字化手术方 案中骨块三维空间位置以形态结构的方式储存于再定位导航实体中。本步骤中 依据CAD技术设计出的再定位导航实体首先通过其上的两个栓孔与截骨导航实 体形成稳固的栓柱锁结，确立了再定位导航实体的定位后，再与移至术后理想 空间位置的上颌骨骨块贴合，得到唯一稳定的位置之后将上颌骨骨块与再定位 导航体固定，所述唯一稳定的位置为再定位导航实体的内表面与移至术后理想 空间位置的上颌骨骨块外表面完全吻合。所述固定为在再定位导航实体上钻至 少2个洞，贯穿导航实体及截骨导航实体并穿入骨面，再用螺丝紧固。通过这 样的方法将上颌骨骨块的移动储存到了再定位导航实体的形态结构中。

步骤四、最后根据截骨导航实体和再定位导航实体的数字化三维几何模型， 使用快速原型技术制作整体导航实体；术中截骨导航实体稳定贴合固位于原上 颌骨骨面，引导骨锯按术前数字化方案中制定的截骨位置和截骨量精确截骨， 移至术后理想位的上颌骨骨块通过再定位导航实体的贴合匹配固位，将储存于 再定位导航实体中的数字化手术方案所确定的骨块三维空间位置在术中精确地 呈现出来，上颌骨骨块实现了术中进行精确定位，术前数字化手术计划方案准 确转换为手术实际。在手术中，依据截骨导航实体可以引导骨锯按术前制定截 骨线精确截骨，截下的上颌骨骨块由再定位导航实体进行精确定位，术前数字 化手术计划方案准确转换为手术实际。

上面结合实施例描述了本发明导航实体的结构及制作方法，并不构成对本 发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据实示需要作出调整，在所附权利 要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。