一種個體化定制截骨矯形導(dǎo)板及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用計算機輔助建模領(lǐng)域，尤其涉及個體化定制截骨矯形導(dǎo)板數(shù)字建模及其快速成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前3D打印技術(shù)工業(yè)革命方興未艾，3D打印截骨導(dǎo)板在臨床的應(yīng)用仍然處于實驗室階段，制約該技術(shù)的臨床應(yīng)用主要原因有三:1.精度，臨床對截骨精度的要求較高，如果偏差較大，可能會導(dǎo)致截骨失敗，2.普遍設(shè)計不合理，考慮的問題不多，結(jié)構(gòu)過于簡單，臨床醫(yī)生不能正確、迅速地安裝，導(dǎo)致仍然需要透視來確定平面，沒有充分發(fā)揮出術(shù)前計劃以及3D打印的優(yōu)勢，故而有必要設(shè)計更方便臨床應(yīng)用的截骨導(dǎo)板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種精度高，設(shè)計合理的個體化定制截骨矯形導(dǎo)板及其快速成型方法。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0005]—種個體化定制截骨矯形導(dǎo)板，其特征包括:截骨矯形導(dǎo)板其工作面與骨表面貼合，或能將骨骼與其接觸的一部分嵌入導(dǎo)板中，其外表面由與目標(biāo)骨接觸表面各個位置所需的厚度來決定，導(dǎo)板的各個側(cè)面由骨突標(biāo)志的弧線來控制，利用各個側(cè)面與骨突標(biāo)志對齊，防止截骨導(dǎo)板放置位置錯誤；導(dǎo)板中間部分設(shè)有若干截骨槽，截骨槽可供擺鋸或線鋸?fù)ㄟ^，截骨的兩側(cè)端設(shè)有與截骨平面平行設(shè)置的若干通孔，這些通孔軸線位于同一平面或不同平面，該平面由矯正角度所處平面而決定，數(shù)目由截骨槽的個數(shù)決定，每個截骨槽對應(yīng)一個或多個通孔，通孔用于置入本設(shè)計配套內(nèi)固定針、或骨圓針、或三角針、或螺紋針，用于臨時固定截骨導(dǎo)板與骨，防止截骨后骨塊的移位影響后續(xù)截骨，而鉆入的內(nèi)固定針在截骨后可以利用來進(jìn)行骨斷端的對線配準(zhǔn)，實現(xiàn)精確的單平面或多平面的角度矯正，防止因復(fù)位不準(zhǔn)確導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)、成角移位或角度矯正不精確等導(dǎo)致的手術(shù)失敗，且可在截骨完成后利用內(nèi)固定針進(jìn)行臨時固定，為更準(zhǔn)確地進(jìn)行對位，可以使用配套的通用型或定制型配準(zhǔn)固定器；截骨槽所圍成的塊其一側(cè)端設(shè)計薄弱位點，用于截骨完成后扭轉(zhuǎn)該塊破壞導(dǎo)板便于導(dǎo)板的去除而無需取出內(nèi)固定針；在通孔處依據(jù)需要設(shè)計破裂孔，用于破裂導(dǎo)板，便于導(dǎo)板的去除而無需取出內(nèi)固定針。導(dǎo)板還具有圓角特征，防止尖銳邊緣損傷組織。截骨完成后去除導(dǎo)板后，利用內(nèi)固定針臨時固定，并安裝內(nèi)固定板、內(nèi)/外固定架結(jié)構(gòu)對骨進(jìn)行固定；該截骨矯形導(dǎo)板是通過逆向工程建模技術(shù)建立數(shù)字模型進(jìn)行設(shè)計后3D打印獲得的。
[0006]配套定制型配準(zhǔn)固定器其主體為桿或板，其中央位置設(shè)有通孔，通孔的排布依據(jù)根據(jù)截骨導(dǎo)板打入的內(nèi)固定針在截骨標(biāo)準(zhǔn)復(fù)位后的位置來決定，所有通孔軸線處于同一平面且平行，對于骨骼表面幅度較大的，桿的一面可按截骨導(dǎo)板設(shè)計方法設(shè)計成與骨面匹配或近似匹配的曲面，使其更好地貼近骨面不影響后續(xù)操作。該固定器用于將截骨后的固定針固定，固定后利用固定針對骨塊牽拉能夠使骨塊處于正確的位置上，并使其獲得一定的穩(wěn)定性利于后面的操作。定制型配準(zhǔn)固定器其加工方式為3D打印。
[0007]其配套通用型配準(zhǔn)固定器特征在于:其由導(dǎo)軌、滑塊、卡塊、螺絲組成，導(dǎo)軌由兩條相同平行桿組成，其滑塊有槽可安裝于導(dǎo)軌上，中間有螺孔，卡塊中間有螺孔，其底面有卡槽能夠卡住內(nèi)固定針，通過螺絲的加壓作用將卡塊、滑塊與導(dǎo)軌固定，利用導(dǎo)軌使內(nèi)固定針固定在同一平面，使得到達(dá)與定制型相同的作用目的，由于滑塊可調(diào)節(jié)位置，故而能夠?qū)崿F(xiàn)對截骨后的骨進(jìn)行加壓。由于固定牢固，該固定器可當(dāng)作最終外固定架使用。
[0008]—種個體化定制截骨矯形導(dǎo)板的制作方法，首先通過逆向工程技術(shù)對目標(biāo)骨骼進(jìn)行建模得到骨骼的數(shù)字模型，并測量出欲截骨矯形的位置、截骨角度、角度所在平面；然后，根據(jù)這些截骨參數(shù)依次設(shè)計出導(dǎo)板的各個面、截骨槽、通孔、破裂孔、圓角特征，最后進(jìn)行3d打??；具體包括以下步驟；第一步數(shù)據(jù)采集、圖像分割得到目標(biāo)的點云或模型數(shù)據(jù)，并在圖像分割軟件中反復(fù)確認(rèn)蒙板或模型的輪廓線與目標(biāo)骨骼圖像輪廓的差異，確認(rèn)其差異小于1個像素，輸出文件，如圖像質(zhì)量太差，圖像分割操作繁瑣的，則盡量生成準(zhǔn)確點云或模型輸出；第二步逆向工程處理，利用帶有偏差分析功能的逆向或正逆向工程軟件對上述數(shù)據(jù)格式的文件進(jìn)行去噪、光順、補洞等各種處理，排除掉明顯的大塊噪聲區(qū)域以及錯誤輪廓，控制成型模型與點云或模型的最大偏差在0.5mm或0.1mm以下，生成CAD模型，進(jìn)入第三或第四步；如圖像質(zhì)量太差，輸出文件不滿意的，則在該步中生成接近的正常模型進(jìn)入第三步。第三步模型與圖像的核對驗證，第二步生成的模型，還可將其模型文件回輸至圖像分割軟件，對比模型輪廓與目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)圖像的差異，并通過調(diào)整輪廓線、增加刪除蒙板像素點等處理，對蒙板或模型進(jìn)行修正，輸出蒙板點云或模型文件，并繼續(xù)進(jìn)行逆向工程處理，該步可反復(fù)進(jìn)行，確保最終的模型質(zhì)量，這一方法特別適用于圖像質(zhì)量太差，偽影太多的情形；第四步模型質(zhì)量分級與標(biāo)注，最終生成的CAD模型模型其模型構(gòu)建質(zhì)量可予分級，并對去除的大片噪聲區(qū)域等處理較多或有疑問的地方進(jìn)行標(biāo)注；第五步截骨導(dǎo)板的設(shè)計，第四步輸出的模型導(dǎo)入CAD或正逆向工程軟件中，按流程進(jìn)行截骨導(dǎo)板的設(shè)計，設(shè)計的模型可以輸出到圖像分割軟件，了解其輪廓與骨骼圖像輪廓的匹配程度，如需要修改，可進(jìn)一步修改。第六步，3D打印，設(shè)計的模型以最高精度輸出進(jìn)入3D打印輔助軟件，在軟件中確立其擺放位置，優(yōu)先保證骨骼接觸面、截骨槽、通孔的精度，設(shè)計的模型作為整體一次打印成型。
[0009]使用本發(fā)明制作快速成型模型的主要優(yōu)勢在于，考慮了截骨矯形術(shù)中的各種問題，保證了精度，不需要進(jìn)行X線透視，簡單實用，適用范圍廣，可應(yīng)用于全身各骨?？傊?，本發(fā)明方案，使3D打印技術(shù)更廣泛的臨床應(yīng)用推廣成為了可能；而模型的反復(fù)核對與偏差分析、模型質(zhì)量分級，則能夠提高模型構(gòu)建精度，將所有有可能導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失的環(huán)節(jié)納入掌控，分級、標(biāo)注更能幫助使用者更明確所用模型的精度以及可能需要術(shù)中需要注意的地方，使其對于個體的真實情況有更準(zhǔn)確的估計、了解，便于質(zhì)量分析比較，有法可依，防止以次充好。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明截骨矯形導(dǎo)板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011 ] 圖2為截骨矯形導(dǎo)板與骨面貼合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為鑲嵌型截骨矯形導(dǎo)板與目標(biāo)骨骼數(shù)據(jù)模型示意圖；
[0013]圖4為定制型配準(zhǔn)固定器；
[0014]圖5為通用型配準(zhǔn)固定器。
[0015]附圖標(biāo)記說明
[0016]1、骨接觸面；2、截骨槽與薄弱點；3、與骨骼表面標(biāo)志對齊的側(cè)面；4、通孔；5、破裂孔；6、圓角特征；7、固定器通孔；8、定制型配準(zhǔn)固定器的骨接觸面；9、導(dǎo)軌；10、卡塊；11、滑塊；12、螺孔螺絲；13、內(nèi)固定針卡槽14、導(dǎo)板外表面
【具體實施方式】
[0017]為便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的實質(zhì)，下面