本發(fā)明涉及colles骨折重建技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及3D打印骨科固定器械的制備方法。

背景技術(shù)：
Colles骨折：橈骨遠(yuǎn)端骨折背側(cè)粉碎、向背側(cè)成角和向背側(cè)移位且有橈骨短縮的關(guān)節(jié)外骨折，傳統(tǒng)工業(yè)方法制作的Colles骨折骨科固定器械：橈骨遠(yuǎn)端掌側(cè)鎖定鋼板螺釘系統(tǒng)，而鋼板為批量制造型，由于每個(gè)患者骨折位置不同，橈骨結(jié)構(gòu)也不同，所以鋼板在使用時(shí)都無法與患者的橈骨完美配合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供能夠與每個(gè)患者骨折處完美配合并且療效好，醫(yī)療費(fèi)用低的3D打印骨科固定器械的制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種3D打印骨科固定器械的制備方法，包括以下步驟，S1、colles骨折部位三維模型重建，依據(jù)患者術(shù)前CT及MRI掃描二維圖像進(jìn)行橈骨處的三維模型重建；S2、定制骨科固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，比照正常橈骨，colles骨折部位三維模型即橈骨的缺損部位進(jìn)行修正后，建立骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)；S3、定制骨科固定系統(tǒng)的加工，運(yùn)用3D打印機(jī)打印出colles骨折部位的骨科固定系統(tǒng)；S4、骨科固定器械材料的強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化，運(yùn)用生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量計(jì)算3D打印骨科固定系統(tǒng)的材料學(xué)參數(shù)，利用有限元分析檢測(cè)骨科固定系統(tǒng)的強(qiáng)度。進(jìn)一步地，所述步驟S1中，使用螺旋CT，以1mm的間隔，沿軸向進(jìn)行斷層掃描，掃描結(jié)果導(dǎo)入三維重建軟件Mimics，進(jìn)行組織切割，獲取骨、皮膚、肌肉三維模型，結(jié)果導(dǎo)入Solidworks軟件中建立骨折手臂三維模型，并虛擬切割出骨折線處的骨折部三維模型。進(jìn)一步地，所述步驟S4中材料學(xué)參數(shù)包括骨科固定系統(tǒng)的彈性模量、彎曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、疲勞極限、疲勞壽命。進(jìn)一步地，所述步驟S4中利用有限元分析檢測(cè)骨科固定系統(tǒng)的強(qiáng)度包括以下步驟，S41、網(wǎng)格劃分及有限元模型的建立，將Mimics軟件下生成的骨骼三維模型導(dǎo)入Ansys軟件，對(duì)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，之后將劃分后的三維實(shí)體網(wǎng)格導(dǎo)入Mimics,根據(jù)骨骼的CT圖像灰度與彈性模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)骨骼單元賦予材料屬性，然后再導(dǎo)回Ansys軟件，將在Solidworks軟件中建立傳統(tǒng)骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，以及3D打印骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，導(dǎo)入Ansys軟件，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；S42、強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化，根據(jù)生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量計(jì)算材料學(xué)參數(shù)，采用給骨科固定系統(tǒng)垂直固定后，軸向加壓、三點(diǎn)彎曲以及扭轉(zhuǎn)三種加載方式：軸向加壓為橈骨近端固定，遠(yuǎn)端施加力，施力大小為200N；三點(diǎn)彎曲為模擬固定橈骨遠(yuǎn)端與近端，分別在橈骨中段向掌側(cè)與背側(cè)施加力，施力大小為1000N；扭轉(zhuǎn)為橈骨近端固定，遠(yuǎn)端施加扭轉(zhuǎn)力，施力大小為20N，運(yùn)用有限元求解器獲得在加載條件下骨折部節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力均值后，對(duì)骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：colles骨折的患者需要安裝骨科固定系統(tǒng)時(shí)，骨科固定系統(tǒng)的大小和形狀可以更具患者自身骨骼和軟組織的形狀進(jìn)行定制，與患者骨骼斷裂處的組織和骨骼精確匹配，實(shí)現(xiàn)骨科固定系統(tǒng)的個(gè)體化定制，并且能夠根據(jù)骨骼斷裂的位置和大小靈活改變骨科固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，手術(shù)前骨骼斷裂處和骨科固定系統(tǒng)的三維模型均可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，在手續(xù)時(shí)能夠接住導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)骨科固定系統(tǒng)的精確安裝，骨科固定系統(tǒng)與骨骼接觸的面精確，符合應(yīng)力分散原則，并且骨科固定系統(tǒng)通過3D打印技術(shù)打印，制造精度高，價(jià)格便宜適合個(gè)體化定制，并且制造出的骨科固定系統(tǒng)通過強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化后進(jìn)步不杜絕骨科固定系統(tǒng)與骨骼不鍥合或受力差的問題。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明所述3D打印骨科固定器械的制備方法的方法流程圖一；圖2是本發(fā)明所述3D打印骨科固定器械的制備方法的方法流程圖二。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種3D打印骨科固定器械的制備方法，包括以下步驟，S1、colles骨折部位(以此種骨折的骨科骨科固定器械為例)三維模型重建，依據(jù)患者術(shù)前CT及MRI掃描二維圖像進(jìn)行橈骨處的三維模型重建；S2、定制骨科固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，(既可以是骨科固定器械，也可是外固定器械)，比照正常橈骨，colles骨折部位三維模型即橈骨的缺損部位進(jìn)行修正后，建立骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)；S3、定制骨科固定系統(tǒng)的加工，運(yùn)用3D打印機(jī)打印出colles骨折部位的骨科固定系統(tǒng)；S4、骨科固定器械材料的強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化，運(yùn)用生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量計(jì)算3D打印骨科固定系統(tǒng)的材料學(xué)參數(shù)，利用有限元分析檢測(cè)骨科固定系統(tǒng)的強(qiáng)度。colles骨折的患者需要安裝骨科固定系統(tǒng)時(shí)，骨科固定系統(tǒng)的大小和形狀可以更具患者自身骨骼和軟組織的形狀進(jìn)行定制，與患者骨骼斷裂處的組織和骨骼精確匹配，實(shí)現(xiàn)骨科固定系統(tǒng)的個(gè)體化定制，并且能夠根據(jù)骨骼斷裂的位置和大小靈活改變骨科固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，手術(shù)前骨骼斷裂處和骨科固定系統(tǒng)的三維模型均可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，在手續(xù)時(shí)能夠接住導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)骨科固定系統(tǒng)的精確安裝，骨科固定系統(tǒng)與骨骼接觸的面精確，符合應(yīng)力分散原則，并且骨科固定系統(tǒng)通過3D打印技術(shù)打印，制造精度高，價(jià)格便宜適合個(gè)體化定制，并且制造出的骨科固定系統(tǒng)通過強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化后進(jìn)步不杜絕骨科固定系統(tǒng)與骨骼不鍥合或受力差的問題。在本實(shí)施例中，所述步驟S1中，使用螺旋CT，以1mm的間隔，沿軸向進(jìn)行斷層掃描，掃描結(jié)果導(dǎo)入三維重建軟件Mimics，進(jìn)行組織切割，獲取骨、皮膚、肌肉三維模型，結(jié)果導(dǎo)入Solidworks軟件中建立骨折手臂三維模型，并虛擬切割出骨折線處的骨折部三維模型。優(yōu)選的，所述步驟S4中材料學(xué)參數(shù)包括骨科固定系統(tǒng)的彈性模量、彎曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、疲勞極限、疲勞壽命。材料學(xué)參數(shù)用于使用軟件分析骨科固定系統(tǒng)在使用時(shí)的強(qiáng)度檢驗(yàn)。所述步驟S4中利用有限元分析檢測(cè)骨科固定系統(tǒng)的強(qiáng)度包括以下步驟，S41、網(wǎng)格劃分及有限元模型的建立，將Mimics軟件下生成的骨骼三維模型導(dǎo)入Ansys軟件，對(duì)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，之后將劃分后的三維實(shí)體網(wǎng)格導(dǎo)入Mimics,根據(jù)骨骼的CT圖像灰度與彈性模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)骨骼單元賦予材料屬性，然后再導(dǎo)回Ansys軟件，將在Solidworks軟件中建立傳統(tǒng)骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，以及3D打印骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型，導(dǎo)入Ansys軟件，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；Solidworks軟件也可使用UG或PRO/E等三維軟件替代，Ansys也可使用Abaqus,MSC.Nastran等有限元分析軟件替代。S42、強(qiáng)度檢測(cè)及優(yōu)化，根據(jù)生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量計(jì)算材料學(xué)參數(shù)，采用給骨科固定系統(tǒng)垂直固定后，為了模擬患者治療以后自身對(duì)骨科固定系統(tǒng)的使用情況，對(duì)骨科固定系統(tǒng)軸向加壓、三點(diǎn)彎曲以及扭轉(zhuǎn)三種加載方式進(jìn)行檢測(cè)：軸向加壓為橈骨近端固定，遠(yuǎn)端施加力，施力大小為200N；三點(diǎn)彎曲為模擬固定橈骨遠(yuǎn)端與近端，分別在橈骨中段向掌側(cè)與背側(cè)施加力，施力大小為1000N；扭轉(zhuǎn)為橈骨近端固定，遠(yuǎn)端施加扭轉(zhuǎn)力，施力大小為20N，運(yùn)用有限元求解器獲得在加載條件下骨折部節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力均值后，對(duì)骨科固定系統(tǒng)的三維數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。所述步驟S42中，Ansys的設(shè)置環(huán)境中不考慮載荷下骨折斷端的接觸情況，因此三種加載方式的載荷大小以加入骨折骨科固定模型連接骨折兩斷端成一整體、而未加入骨折部三維模型兩骨折端有間隙時(shí)，使骨折兩斷端不產(chǎn)生接觸、不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)移位或不使夾板斷裂的壓力載荷、扭轉(zhuǎn)載荷及三點(diǎn)彎曲載荷大小為參照，所有計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算暫未考慮動(dòng)態(tài)影響，扭轉(zhuǎn)暫不考慮角速度，為靜態(tài)加載試驗(yàn)。雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是專利所有者可以在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)做出各種變形或修改，只要不超過本發(fā)明的權(quán)利要求所描述的保護(hù)范圍，都應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。