專利名稱：一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法
一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法技術(shù)領(lǐng)域
一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別適用于腦神經(jīng)外 科顱骨修復(fù)和醫(yī)學(xué)整容整形領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在腦神經(jīng)外科顱骨修復(fù)領(lǐng)域，鈦合金因其組織相容性好、質(zhì)輕和強(qiáng)度高而成為目 前顱骨修復(fù)的理想材料。而鈦合金制備顱骨修復(fù)體最初依靠手工塑形，并且目前仍是國內(nèi) 所普遍所采用的塑形手段。醫(yī)生根據(jù)患者缺損部位的外觀形狀和自身經(jīng)驗(yàn)，手工預(yù)制出修 復(fù)體的大致形狀，手術(shù)時(shí)與患者暴露的顱骨進(jìn)行比較，再手工反復(fù)修形，最后消毒完成手 術(shù)。這樣的方法手術(shù)時(shí)間長，在美觀要求上難以達(dá)到理想的效果，不可能與缺損顱骨完整適 配，植入材料與固定裝置之間具有相互抵抗力，術(shù)后容易松動(dòng)、移位、頭痛。這給患者術(shù)后的 安全埋下了隱患。
顱骨成性的個(gè)性化設(shè)計(jì)國外已有研究。首先利用數(shù)控機(jī)床加工出修復(fù)體沖壓模 具，然后在壓力機(jī)上利用模具壓制修復(fù)體，最后裁減清毒完成手術(shù)。模具壓制在一定程度上 具有一定的先進(jìn)性，減輕了醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，但其制作周期長(大約3個(gè)月)，費(fèi)用高(國外 一般10萬人民幣/例)，況且模具固定后，無法解決修復(fù)體壓制后產(chǎn)生的回彈問題，從而對 修復(fù)體的配合精度產(chǎn)生影響。
顱骨修復(fù)體制作還有一種普遍應(yīng)用的方法就是失蠟鑄造。首先利用快速原型技術(shù) 制備出修復(fù)體的蠟?zāi)Ｐ?，采用失蠟鑄造的方法鑄造鈦合金，然后在鈦合金修復(fù)體上鉆安裝 孔及生長孔，最后消毒完成手術(shù)。鑄造法雖然解決了修復(fù)體的精度問題，但工藝復(fù)雜成本 高，鈦合金在鑄造過程中會(huì)氧化，且修復(fù)體厚度不能太薄，否則不能鑄造。
在國內(nèi)也有人提出運(yùn)用數(shù)字設(shè)計(jì)及快速成型系統(tǒng)制備顱骨修復(fù)體的方法。專利 “一種鈦合金顱骨修復(fù)體制備方法”(專利號03156843. 2)運(yùn)用數(shù)字設(shè)計(jì)修復(fù)體三維模型 進(jìn)而運(yùn)用多點(diǎn)成形系統(tǒng)制作顱骨修復(fù)體，此方法雖然解決了以前其它方法修復(fù)體邊緣與缺 損部位邊緣貼合、成本高、制作時(shí)間長的問題，具有一定的先進(jìn)性。但此方法采用多點(diǎn)成形 系統(tǒng)壓制修復(fù)體需多次壓制和過壓壓制修復(fù)體以防回彈現(xiàn)象，效率低且壓制的較大的修復(fù) 體仍有回彈現(xiàn)象。
專利“一種鈦合金顱骨修復(fù)體制備方法”(專利號20041007339. 2)中運(yùn)用數(shù)字 設(shè)計(jì)修復(fù)體三維模型再運(yùn)用漸進(jìn)成形系統(tǒng)制作顱骨補(bǔ)片。此方法成形的修復(fù)體尺寸精度差 且曲率半徑受到工具頭半徑的限制，盡管用柔軟的布包裹模具等措施，都無法避免因工具 頭直接接觸擠壓成形而存在的滑痕，表面質(zhì)量較差，且工具頭阻力大而易使鈦網(wǎng)起皺和拉 破。
專利“顱骨補(bǔ)片及其制備方法”(申請?zhí)?00710064204)經(jīng)數(shù)字設(shè)計(jì)修復(fù)體后再 制作模具壓制修復(fù)體。此方法中在設(shè)計(jì)修復(fù)體時(shí)運(yùn)用鏡像法，因顱骨的不對稱性，所制的修 復(fù)體并不十分符合患者，而尋找相似顱骨者的方法，難以尋找相似者、難度大、工作復(fù)雜等 缺點(diǎn)，且采用先加工模具再壓制的方法，制作時(shí)間長，且壓制的修復(fù)體回彈量大、貼合精度低、殘余應(yīng)力大等缺點(diǎn)。
專利“鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體的制備方法”(申請?zhí)?00810060908)中從CT薄層掃描圖 片逐張導(dǎo)入制作各單元點(diǎn)數(shù)據(jù)，再運(yùn)用多點(diǎn)成形系統(tǒng)依照各單元點(diǎn)數(shù)據(jù)壓制鈦網(wǎng)而成。此 方法因CT圖冊量多而使工作量非常大而復(fù)雜，且沒有直觀的三維模型供設(shè)計(jì)者參考，運(yùn)用 多點(diǎn)成形系統(tǒng)壓制修復(fù)體，回彈量大且精度低，壓后并無參考修復(fù)體對比裁剪，邊界精度低 等明顯缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，提出一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方 法。具體技術(shù)思路是以二維斷層數(shù)字成像技術(shù)采集患者顱骨缺損部位的信息，經(jīng)圖像處理 后，重建顱骨的三維原型，運(yùn)用逆向工程技術(shù)提取缺損部位的數(shù)據(jù)后進(jìn)行修復(fù)體的曲面重 建和三維造型設(shè)計(jì)并導(dǎo)入快速原型系統(tǒng)制作參照修復(fù)體，同時(shí)對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過 程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù)修改加工軌跡和支撐模，直至回彈量符合 一定要求后將修復(fù)體曲面和加工軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成 形，最后與參照修復(fù)體反復(fù)對比裁剪獲得最終顱骨修復(fù)體。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案參照圖1，該方法是以螺旋CT機(jī)測量設(shè)備及由三維重構(gòu)軟 件(Mimics)為手段，通過對CT圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形處理，獲取實(shí)物內(nèi)外表面輪廓數(shù) 據(jù)，重建顱骨模型并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為逆向工程軟件(3-matic)可接收的接口數(shù)據(jù)，然后逆求 出修復(fù)體曲面數(shù)據(jù)，再將修復(fù)體曲面數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件(采用PRO-Ε)設(shè)計(jì)出修復(fù)體模型并 導(dǎo)入快速原型系統(tǒng)成形參照修復(fù)體，同時(shí)運(yùn)用CAE軟件(ABAQUS)對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈 過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù)修改加工軌跡和支撐模，直至回彈量符 合一定要求后將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式導(dǎo)入板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成形， 最后與參照修復(fù)體反復(fù)對比裁剪獲得最終顱骨修復(fù)體。
本發(fā)明提供了一種運(yùn)用逆向工程技術(shù)提取缺損部位的數(shù)據(jù)后進(jìn)行修復(fù)體的曲面 重建的方法，可運(yùn)用3-matic軟件可直接由線到面進(jìn)行修復(fù)體曲面的構(gòu)造。具體步驟如下
(1)將顱骨三維模型導(dǎo)入3-matic軟件中，調(diào)整好模型的位置；
(2)分別對顱骨三維模型進(jìn)行橫向、縱向切去二維圖層并參照缺損部位進(jìn)行參照 曲線的設(shè)計(jì)；
(3)對參照線進(jìn)行調(diào)整，使兩條參照曲線相交且美觀；
(4)參照顱骨缺損部位邊界繪制出修復(fù)體的邊界曲線；
(5)運(yùn)用曲面生成工具依照參考曲線和邊界曲線生成最終修復(fù)體的三維曲面；
本方法提供了一種有效控制修復(fù)體回彈的方法，即對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過程 的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù)修改加工軌跡和支撐模，直至回彈量符合一 定要求，具體步驟如下
(1)根據(jù)修復(fù)體設(shè)計(jì)的形狀建立支持模CAD型面的設(shè)計(jì)，確定漸進(jìn)成形的工藝參 數(shù)和加工路徑；
(2)對支撐模及板料模型劃分網(wǎng)格，進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修 復(fù)體各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的回彈大??；
(3)根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的回彈量乘以一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)后，對初始的支撐模各個(gè)節(jié)點(diǎn)作相應(yīng)的反向變形處理，得到回彈補(bǔ)償后的模具型面和加工路徑；
(4)然后在相同的工藝參數(shù)下再次進(jìn)行修復(fù)體成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析；
(5)獲得修復(fù)體成形回彈后的成形件形狀，并與初始設(shè)計(jì)的形狀比較，測量回彈變 形誤差是否滿足修復(fù)體精度要求；
(6)如不滿足精度要求，則繼續(xù)進(jìn)行支持模型面的回彈補(bǔ)償處理和成形及回彈數(shù) 值模擬分析，反復(fù)迭代至最終修復(fù)體回彈變形后的尺寸滿足要求；
(7)將符合要求的支撐模CAE網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入回彈補(bǔ)償后支撐模型面CAE網(wǎng)格模 型；
(8)建立支持模面的補(bǔ)償矢量；
(9)根據(jù)補(bǔ)償矢量重構(gòu)支撐模型面CAD三維模型；
(10)加工支撐模，保存最終加工路徑數(shù)據(jù)為后續(xù)工作準(zhǔn)備。
本發(fā)明提供了一種修復(fù)體成形的方法，即采用板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修 復(fù)體成形，具體實(shí)施步驟如下
(1)將仿真而得的加工路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入成形系統(tǒng)中；
(2)將支撐模安裝在支撐模型架上；
(3)將鈦合金網(wǎng)板夾在兩片金屬薄板間，金屬薄板可以是鋁、鎂等合金薄，一起用 板材夾持升降裝置固定好；
(4)開始成形直至完成修復(fù)體的加工；
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和效果
1、運(yùn)用3-matic軟件直接設(shè)計(jì)修復(fù)體，設(shè)計(jì)者可根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識很方 便地設(shè)計(jì)出美觀，貼合精度高，極具個(gè)性化的修復(fù)體。
2、在加工前運(yùn)用CAE軟件對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，反復(fù)修 改支撐摸和加工路徑，直至回彈量符合一定要求，可很好的控制修復(fù)體的回彈量是其它現(xiàn) 有技術(shù)和方法不可比擬的，大幅提高了最終修復(fù)體的貼合精度和美觀度。
3、在加工方法中我們運(yùn)用板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成形，因電磁成 形技術(shù)具有加工能量易于精確控制、成形速度快、成形工件精度高、成形模具簡單等特點(diǎn)， 成形修復(fù)體表面質(zhì)量高，成形速度快，成形精度高等優(yōu)點(diǎn)。
4、在成形時(shí)我們運(yùn)用兩塊金屬板夾住鈦合金板，這樣可提高電磁力的運(yùn)用效率， 也可保護(hù)鈦合金的表面，提高了修復(fù)體的表面質(zhì)量，使最終修復(fù)體更美觀，貼合精度更高等 優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明方法的顱骨修復(fù)體具體制作流程圖2是斷層影像的數(shù)據(jù)處理流程圖3是重建后的顱骨三維實(shí)體模型；
圖4是設(shè)計(jì)曲面時(shí)的參考曲線及邊界曲線；
圖5是設(shè)計(jì)的修復(fù)體的三維曲面模型；
圖6是快速成型的參照修復(fù)體；
圖7是最終修復(fù)體；具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)中，CT圖像處理和三維重構(gòu)軟件采用MIMICS軟件，逆向工程軟件采用 3-matic，構(gòu)建修復(fù)體三維曲面模型的CAD軟件采用PRO-E軟件，修復(fù)體模擬回彈軟件可采 用ABAQUS軟件。具體步驟如下
UCT掃描數(shù)據(jù)；掃描后的數(shù)據(jù)通過DICOM接口從CT主機(jī)傳到影像工作站，然后以 DICOM格式將其刻成光盤供下一步使用。
2、用MIMICS—次輸入多幅標(biāo)準(zhǔn)的DICOM格式的圖像，然后再識別轉(zhuǎn)換為內(nèi)部通 用的格式來進(jìn)行處理。格式轉(zhuǎn)換過程中MIMICS需要的影像參數(shù)有很多，但一般從DICOM 格式里都能自動(dòng)讀出。一般需要手動(dòng)輸入的是斷層影像的方向信息，按醫(yī)學(xué)術(shù)語分為TOP、 B0TT0M、LEFT、RIGHT、ANTER I0R、P0STER IOR六個(gè)方向，需要在圖像上輸入。再對圖像進(jìn)行 預(yù)處理，以去除噪音。
3、可利用一個(gè)門限值T，將骨骼和軟組織分為亮和暗兩類，實(shí)現(xiàn)圖像的二值化分 割，從而提取出骨骼部分。第一步利用圖像的統(tǒng)計(jì)信息，結(jié)合類間方差的思想，求取灰度閾 值T，從而對二維圖像進(jìn)行二值分割；另一方面，根據(jù)圖像的梯度信息求取其梯度閾值G提 取組織的輪廓。在確定層面選需要的骨骼區(qū)域作為種子區(qū)域，然后點(diǎn)擊自動(dòng)區(qū)域生長命令， 再自動(dòng)完成顱骨的三維模型的重建。輸出STL格式的數(shù)據(jù)文件。
4、將得到的STL文件導(dǎo)入3-matic設(shè)計(jì)平臺中，調(diào)整好模型的位置；分別對顱骨三 維模型進(jìn)行橫向、縱向切去二維圖層并參照缺損部位進(jìn)行參照曲線的設(shè)計(jì)；參照顱骨缺損 部位邊界繪制出修復(fù)體的邊界曲線；運(yùn)用曲面生成工具依照參考曲線和邊界曲線生成最終 修復(fù)體的三維曲面。
5、將三維曲面數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成形系統(tǒng)中成形出參照修復(fù)體實(shí)體。
6、對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù) 修改加工軌跡和支撐模，直至回彈量符合一定要求，具體操作步驟如下
(1)根據(jù)修復(fù)體設(shè)計(jì)的形狀建立支持模CAD型面的設(shè)計(jì)，確定漸進(jìn)成形的工藝參 數(shù)和加工路徑；
(2)對支撐模及板料模型劃分網(wǎng)格，進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修 復(fù)體各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的回彈大小；
(3)根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的回彈量乘以一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)(大于或小于1)后，對初始的 支撐模各個(gè)節(jié)點(diǎn)作相應(yīng)的反向變形處理，得到回彈補(bǔ)償后的模具型面和加工路徑；
(4)然后在相同的工藝參數(shù)下再次進(jìn)行修復(fù)體成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析；
(5)獲得修復(fù)體成形回彈后的成形件形狀，并與初始設(shè)計(jì)的形狀比較，測量回彈變 形誤差是否滿足修復(fù)體精度要求；
(6)如不滿足精度要求，則繼續(xù)進(jìn)行支持模型面的回彈補(bǔ)償處理和成形及回彈數(shù) 值模擬分析，反復(fù)迭代至最終修復(fù)體回彈變形后的尺寸滿足要求；
(7)將符合要求的支撐模CAE網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入回彈補(bǔ)償后支撐模型面CAE網(wǎng)格模 型；
(8)建立支持模面的補(bǔ)償矢量；
(9)根據(jù)補(bǔ)償矢量重構(gòu)支撐模型面CAD三維模型；
(10)加工支撐模，保存最終加工路徑數(shù)據(jù)為后續(xù)工作準(zhǔn)備。
7、將仿真最后而得的加工路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入成形系統(tǒng)中，并將加工好的支撐模安裝在 支撐模型架上。將鈦合金網(wǎng)板夾在兩片金屬薄板間(金屬薄板可以是鋁、鎂等合金薄板)， 一起用板材夾持升降裝置固定好，開始加工直至完成修復(fù)體成形。
8、最后貼合參照修復(fù)體裁剪得到最終修復(fù)體。
9、消毒后用于手術(shù)。
實(shí)施例
本實(shí)例CT掃描使用GEHGH SPEED 16排CT機(jī)，采集人體的頭部部分CT數(shù)據(jù)。頭 部掃描采用5mm層厚(具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)采用1-1. 5mm，復(fù)雜曲面區(qū)設(shè)為1mm，平緩曲面區(qū)可設(shè) 置為1. 5mm)，150KV，160m As，最后掃描了約32層數(shù)據(jù)；掃描后的數(shù)據(jù)通過DICOM接口從CT 主機(jī)傳到影像工作站，然后以DICOM格式將其刻成光盤供下一步使用。用MIMICS —次輸入 多幅標(biāo)準(zhǔn)的DICOM格式的圖像，然后再識別轉(zhuǎn)換為內(nèi)部通用的格式來進(jìn)行處理，再對圖像 進(jìn)行預(yù)處理，以去除噪音。設(shè)置一個(gè)門限值T = 800，將骨骼和軟組織分為亮和暗兩類，實(shí)現(xiàn) 圖像的二值化分割，提取出骨骼部分。在確定層面選需要的骨骼區(qū)域作為種子區(qū)域，然后點(diǎn) 擊自動(dòng)區(qū)域生長命令，再自動(dòng)完成顱骨的三維模型的重建(如圖3所示)，輸出STL格式的 數(shù)據(jù)文件。將得到的STL文件導(dǎo)入3-matic設(shè)計(jì)平臺中，調(diào)整好模型的位置，分別對顱骨三 維模型進(jìn)行橫向、縱向切去二維圖層并參照缺損部位進(jìn)行參照曲線的設(shè)計(jì)(如圖4所示)， 參照顱骨缺損部位邊界繪制出修復(fù)體的邊界曲線，運(yùn)用曲面生成工具依照參考曲線和邊界 曲線生成最終修復(fù)體的三維曲面(如圖5所示)。將三維曲面數(shù)據(jù)導(dǎo)入PRO-E中進(jìn)行曲面 的偏置2mm而得修復(fù)體的三維造型。再導(dǎo)入快速成形系統(tǒng)中(SPS600固體激光快速成形機(jī)， 選層厚0. 1mm，基礎(chǔ)支持高度選4mm)成形出參照修復(fù)體實(shí)體(如圖6所示)。根據(jù)修復(fù)體 設(shè)計(jì)的形狀建立支持模CAD型面的設(shè)計(jì)，確定漸進(jìn)成形的工藝參數(shù)，對支撐模及板料模型 劃分網(wǎng)格，進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的回彈大小，根 據(jù)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的回彈量乘以一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)后，對初始的支撐模各個(gè)節(jié)點(diǎn)作相應(yīng)的反向變 形處理，得到回彈補(bǔ)償后的模具型面，然后在相同的工藝參數(shù)下再次進(jìn)行修復(fù)體成形及回 彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體成形回彈后的成形件形狀，并與初始設(shè)計(jì)的形狀比較， 測量回彈變形誤差是否滿足修復(fù)體精度要求，如不滿足精度要求，則繼續(xù)進(jìn)行支持模型面 的回彈補(bǔ)償處理和成形及回彈數(shù)值模擬分析，反復(fù)迭代至最終修復(fù)體回彈變形后的尺寸滿 足要求，將符合要求的支撐模CAE網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入回彈補(bǔ)償后支撐模型面CAE網(wǎng)格模型，建立 支持模面的補(bǔ)償矢量，根據(jù)補(bǔ)償矢量重構(gòu)支撐模型面CAD三維模型，加工支撐模。將仿真最 后而得的加工路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入成形系統(tǒng)中，將支撐模安裝在支撐模型架上。將鈦合金網(wǎng)板夾 在兩片鋁合金薄板間，一起用板材夾持升降裝置固定好，開始加工直至完成修復(fù)體成形，最 后貼合參照修復(fù)體裁剪得到最終修復(fù)體(如圖7所示)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，其特征在于，以CT機(jī)采集顱骨缺損部位信 息，經(jīng)過如下加工工藝過程制備而成(1)圖像處理軟件處理后進(jìn)行顱骨三維模型重構(gòu)；(2)運(yùn)用逆向工程軟件構(gòu)造修復(fù)體曲面，再運(yùn)用CAD軟件設(shè)計(jì)顱骨修復(fù)體的三維模型；(3)導(dǎo)入快速原型系統(tǒng)制作參照修復(fù)體，同時(shí)對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模 擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù)修改加工軌跡和支撐模，直至模擬回彈量符合要求， 導(dǎo)出加工軌跡；(4)將加工軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成形，最后與參照修 復(fù)體反復(fù)對比裁剪獲得最終顱骨修復(fù)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，其特征在于，所述CT 機(jī)采集顱骨缺損部位信息，設(shè)定掃描層間距為1 1. 5mm，根據(jù)掃描處的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度而設(shè) 定，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域設(shè)定為1mm，較平緩區(qū)域設(shè)定為1. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，其特征在于，所述運(yùn) 用逆向工程技術(shù)提取缺損部位的數(shù)據(jù)后進(jìn)行修復(fù)體的曲面重建，運(yùn)用3-matic軟件進(jìn)行修 復(fù)體曲面的構(gòu)造，具體步驟如下(1)將顱骨三維模型導(dǎo)入3-matic軟件中，調(diào)整好模型的位置；(2)分別對顱骨三維模型進(jìn)行橫向、縱向切去二維圖層并參照缺損部位進(jìn)行參照曲線 的設(shè)計(jì)；(3)參照顱骨缺損部位邊界繪制出修復(fù)體的邊界曲線；(4)運(yùn)用曲面生成工具依照參考曲線和邊界曲線生成最終修復(fù)體的三維曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，其特征在于，對修復(fù) 體進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體的回彈大小，反復(fù)修改加工軌跡和支 撐模，直至模擬回彈量符合要求，具體步驟如下(1)根據(jù)修復(fù)體設(shè)計(jì)的形狀建立支持模CAD型面，確定漸進(jìn)成形的加工路徑和工藝參數(shù)；(2)對支撐模及板料模型劃分網(wǎng)格，進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，獲得修復(fù)體 各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的回彈大小；(3)根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的回彈量乘以一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)后，對初始的支撐模各個(gè)節(jié)點(diǎn)作相 應(yīng)的反向變形處理，得到回彈補(bǔ)償后的支撐模型面和加工路徑；(4)然后在相同的工藝參數(shù)下再次進(jìn)行修復(fù)體成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析；(5)獲得修復(fù)體成形回彈后的成形件形狀，并與初始設(shè)計(jì)的形狀比較，測量回彈變形誤 差是否滿足修復(fù)體精度要求；(6)如不滿足精度要求，則繼續(xù)進(jìn)行支持模型面的回彈補(bǔ)償處理和成形及回彈數(shù)值模 擬分析，反復(fù)迭代至最終修復(fù)體回彈變形后的尺寸滿足要求；(7)將符合要求的支撐模CAE網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入回彈補(bǔ)償后支撐模型面CAE網(wǎng)格模型；(8)建立支持模面的補(bǔ)償矢量；(9)根據(jù)補(bǔ)償矢量重構(gòu)支撐模型面CAD三維模型；(10)加工支撐模，保存最終加工路徑數(shù)據(jù)為后續(xù)工作準(zhǔn)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，其特征在于，采用板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成形，具體實(shí)施步驟如下(1)將仿真得到的加工路徑數(shù)據(jù)導(dǎo)入成形系統(tǒng)中；(2)將支撐模安裝在支撐模型架上；(3)將鈦合金網(wǎng)板夾在兩片金屬薄板間，金屬薄板可以是鋁、鎂等合金薄板，一起用板 材夾持升降裝置固定好；(4)開始成形直至完成修復(fù)體的加工。
全文摘要
一種鈦網(wǎng)顱骨修復(fù)體數(shù)字化制備方法，屬于腦神經(jīng)外科顱骨修復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有技術(shù)修復(fù)體模型的設(shè)計(jì)復(fù)雜、修復(fù)體成形回彈量大、加工精度差等問題。本發(fā)明基于顱骨CT圖像進(jìn)行顱骨修復(fù)體模型設(shè)計(jì)，快速原型系統(tǒng)制作參照修復(fù)體，同時(shí)對修復(fù)體進(jìn)行成形及回彈過程的數(shù)值模擬分析，反復(fù)修改加工軌跡和支撐模，直至回彈量符合要求后導(dǎo)入板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體成形，最后與參照修復(fù)體對比裁剪獲得最終修復(fù)體。其特征在于，運(yùn)用直接由線到面的方法進(jìn)行修復(fù)體模型設(shè)計(jì)，對修復(fù)體成形進(jìn)行數(shù)值模擬和采用板材動(dòng)圈電磁漸進(jìn)成形系統(tǒng)加工。本發(fā)明制作修復(fù)體周期短、回彈量小、精度高、與患者顱骨貼合性好，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顱骨修復(fù)。
文檔編號G06F17/50GK102033980SQ20101050473
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者王培 , 莫健華, 鄧穎哲, 韓飛 申請人:北方工業(yè)大學(xué)