專利名稱：數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，屬于骨科植入物制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，骨折發(fā)生率很高，在其內(nèi)固定治療中，解剖型接骨板的應(yīng)用較廣泛。現(xiàn)有的解剖型接骨板由于患者個體在骨骼形態(tài)上存在的差異性和骨折的差異性，即個性化差異，即使接骨板制造商將其規(guī)格型號分得足夠細(xì)，其接骨板與骨骼表面的吻合性與螺釘?shù)奈恢玫炔⒉焕硐耄g(shù)前必須準(zhǔn)備足夠的、可能用到的接骨板型號和規(guī)格，即便如此仍不可避免手術(shù)時醫(yī)生臨時性的再塑形，除非犧牲復(fù)位的正確性而遷就接骨板的形狀。不僅增加了手術(shù)的隨意性和操作難度，接骨板與骨表面的吻合性、內(nèi)固定的穩(wěn)定性和復(fù)位的正確性都難以保證。對于醫(yī)用不誘鋼、鈦及鈦合金材料而言，這種冷變形理論上是被禁止的，因為冷折彎將改變材料內(nèi)部的金相結(jié)構(gòu)，降低它的強(qiáng)度及耐腐蝕性。手術(shù)中接骨板的再塑形可能是導(dǎo)致內(nèi)固定失敗的原因之一。另外接骨板上螺釘孔的位置，有時不能滿足固定所有骨折塊的要求，有時螺釘孔正好在骨折線上，影響內(nèi)固定的強(qiáng)度和效果。上述情況都可能是造成內(nèi)固定失敗的另一原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，它根據(jù)不同骨折形態(tài)專門設(shè)計、實現(xiàn)高精度復(fù)位和內(nèi)固定，并且制作的骨科植入物表面貼合性好、厚薄合理。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于該方法的步驟如下:a、掃描骨折患者的骨折部位，獲得受傷骨折數(shù)據(jù)；
b、將受傷骨折數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中處理，得到骨折部位的3D立體圖形；c、在3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中對骨折部位的3D立體圖形進(jìn)行處理，將受傷骨折部位進(jìn)行醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位，并得到醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)；d、將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工業(yè)設(shè)計軟件中，根據(jù)手術(shù)要求及經(jīng)驗設(shè)計初步骨科植入物，并得到該初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)；e、將初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中與醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的骨折部位進(jìn)行虛擬裝配，并根據(jù)骨折部位復(fù)位情況確定該初步骨科植入物的螺釘孔位置及方向；f、再在三維工業(yè)設(shè)計軟件中對初步骨科植入物進(jìn)行虛擬打孔，并選擇合適尺寸和型號的螺釘進(jìn)行虛擬裝配，得到整體的3D圖形數(shù)據(jù)；g、將整體的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，驗證骨科植入物的設(shè)計、螺釘孔設(shè)計以及螺釘打入位置和方向的正確性，確定最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)；h、將最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型機(jī)堆積成實體的骨科植入物，制得成品。進(jìn)一步，所述的步驟g中，將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)也導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，與整體的3D圖形數(shù)據(jù)虛擬裝配，并模擬分析最終的骨科植入物在人體內(nèi)在日?；顒又械氖芰η闆r。進(jìn)一步，所述的步驟a中，掃描骨折患者的骨折部位的方法為CT掃描或核磁共振。進(jìn)一步，所述的3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件為Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS 軟件。進(jìn)一步，所述的三維工業(yè)設(shè)計軟件為PRO-E軟件或UG或CATIA軟件。更進(jìn)一步，所述的快速成型機(jī)為3D打印機(jī)。采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的有益效果:
1、本發(fā)明實現(xiàn)了由標(biāo)準(zhǔn)化加工到個性化、柔性加工的創(chuàng)新。2、本發(fā)明實現(xiàn)了由通用的近似結(jié)構(gòu)到一人一板的精確結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使得骨科植入物的吻合性更好，內(nèi)固定失敗的概率大大降低。3、本發(fā)明實現(xiàn)了由復(fù)雜到簡單，由選型、臨時塑形到“傻瓜”式操作的創(chuàng)新，不用臨時塑形，就不降低產(chǎn)品性能，而且手術(shù)時間短，質(zhì)量高。4、快速成型機(jī)的應(yīng)用，加快了骨科植入物的制作過程，并且制作的骨科植入物與3D圖形數(shù)據(jù)誤差很小，貼合更加吻合。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi) 容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，
一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，該方法的步驟如下:
a、掃描骨折患者的骨折部位，獲得受傷骨折數(shù)據(jù)；掃描骨折患者的骨折部位的方法為CT掃描，CT掃描條件:電壓120 kV，電流120 mA，掃描時間1.5 S，連續(xù)掃描得到層厚0.5mm，512X512象素，單象素大小0.583，水平面圖像927幅，將Dicom格式原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出備用。b、將受傷骨折數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中處理，得到骨折部位的3D立體圖形；3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件可以為Mimics軟件，在Mimics中導(dǎo)入選取的CT原始圖像數(shù)據(jù)(Dicom格式)，可得到患者骨折的初步三維模型；選取骨折中有診斷、治療價值的或準(zhǔn)備進(jìn)一步研究的區(qū)域為目標(biāo)區(qū)域；將影響目標(biāo)區(qū)域的干擾部分骨骼去除，如正常的脛骨上段、腓骨上段及髕骨，其中相互獨(dú)立部分用“分離”命令進(jìn)行操作，重疊連接部分用“切割”命令進(jìn)行操作，得到骨折部位的3D立體圖形。C、在3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中對骨折部位的3D立體圖形進(jìn)行處理，將受傷骨折部位進(jìn)行醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位，并得到醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)；在組!^(^軟件中綜合利用多種功能，將各個骨折塊變成單獨(dú)個體，每個骨塊指定成不同的顏色。在分析不明確的骨折線或骨折塊嵌插等情況時需人為界定。用定位命令進(jìn)行移位、旋轉(zhuǎn)等操作對各骨折塊進(jìn)行復(fù)位，保證相應(yīng)的面、角、線的對合，恢復(fù)其正常的解剖結(jié)構(gòu)，然后用合并命令將分離并模擬復(fù)位后的所有骨折塊拼成一個整體。以STL標(biāo)準(zhǔn)格式將模型輸出，得到復(fù)位后的骨骼解剖結(jié)構(gòu)的3D圖形數(shù)據(jù)。d、將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工業(yè)設(shè)計軟件中，根據(jù)手術(shù)要求及經(jīng)驗設(shè)計初步骨科植入物，并得到該初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)；三維工程制圖軟件可以為UG軟件，將STL格式模型文件導(dǎo)入UG軟件，根據(jù)手術(shù)要求及經(jīng)驗在骨骼模型上選取最佳的接骨板貼合面，將與接骨板貼合處的股骨外表面按照設(shè)計要求裁剪下來作為個性化解剖型植入物的下表面(即板骨貼合面)，再用UG軟件的曲面造型功能設(shè)計植入物的上表面和側(cè)面，形成產(chǎn)品空腔模型，實體化后得到個性化解剖型植入物的模型數(shù)據(jù)，即初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)。e、將初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，本實施例為Mimics軟件，與醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的骨折部位進(jìn)行虛擬裝配，并根據(jù)骨折部位復(fù)位情況確定該初步骨科植入物的螺釘孔位置及方向；
f、再在UG軟件中對初步骨科植入物進(jìn)行虛擬打孔，并選擇合適尺寸和型號的螺釘進(jìn)行虛擬裝配，得到整體的3D圖形數(shù)據(jù)；
g、將整體的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件中，驗證骨科植入物的設(shè)計、螺釘孔設(shè)計以及螺釘打入位置和方向的正確性，確定最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)；將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)也導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，與整體的3D圖形數(shù)據(jù)虛擬裝配，并模擬分析最終的骨科植入物在人體內(nèi)在日常活動中的受力情況。h、將最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型機(jī)堆積成實體的骨科植入物，制得成品。3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件可以為Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS軟件，但不限于此?？焖俪尚蜋C(jī)可以為3D打印機(jī)。三維工程制圖軟件還可以為PRO-E軟件或CATIA軟件，但不限于此。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明實現(xiàn)了由標(biāo)準(zhǔn)化加工到個性化、柔性加工的創(chuàng)新。2、本發(fā)明實現(xiàn)了由通用的近似結(jié)構(gòu)到一人一板的精確結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使得骨科植入物的吻合性更好，內(nèi)固定失敗的概率大大降低。3、本發(fā)明實現(xiàn)了由復(fù)雜到簡單，由選型、臨時塑形到“傻瓜”式操作的創(chuàng)新，不用臨時塑形，就不降低產(chǎn)品性能，而且手術(shù)時間短，質(zhì)量高。4、快速成型機(jī)的應(yīng)用，加快了骨科植入物的制作過程，并且制作的骨科植入物與3D圖形數(shù)據(jù)誤差很小，貼合更加吻合。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于該方法的步驟如下: a、掃描骨折患者的骨折部位，獲得受傷骨折數(shù)據(jù)； b、將受傷骨折數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中處理，得到骨折部位的3D立體圖形； C、在3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中對骨折部位的3D立體圖形進(jìn)行處理，將受傷骨折部位進(jìn)行醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位，并得到醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)； d、將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工業(yè)設(shè)計軟件中，根據(jù)手術(shù)要求及經(jīng)驗設(shè)計初步骨科植入物，并得到該初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)； e、將初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中與醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的骨折部位進(jìn)行虛擬裝配，并根據(jù)骨折部位復(fù)位情況確定該初步骨科植入物的螺釘孔位置及方向； f、再在三維工業(yè)設(shè)計軟件中對初步骨科植入物進(jìn)行虛擬打孔，并選擇合適尺寸和型號的螺釘進(jìn)行虛擬裝配，得到整體的3D圖形數(shù)據(jù)； g、將整體的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，驗證骨科植入物的設(shè)計、螺釘孔設(shè)計以及螺釘打入位置和方向的正確性，確定最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)； h、將最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型機(jī)堆積成實體的骨科植入物，制得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于:所述的步驟g中，將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)也導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中，與整體的3D圖形數(shù)據(jù)虛擬裝配，并模擬分析最終的骨科植入物在人體內(nèi)在日?；顒又械氖芰η闆r。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于:所述的步驟a中，掃描骨折患者的骨折部位的方法為CT掃描或核磁共振。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于:所述的3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件為Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS軟件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于:所述的三維工業(yè)設(shè)計軟件為PRO-E軟件或UG或CATIA軟件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，其特征在于:所述的快速成型機(jī)為3D打印機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字化定制骨科植入物的制造工藝，該方法的步驟如下掃描骨折患者的骨折部位，獲得受傷骨折數(shù)據(jù)；將受傷骨折數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中處理，得到骨折部位的3D立體圖形；重建復(fù)位骨折部位；將醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工業(yè)設(shè)計軟件中，根據(jù)手術(shù)要求及經(jīng)驗設(shè)計初步骨科植入物，并得到該初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)；將初步骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D醫(yī)學(xué)有限元仿真軟件中與醫(yī)學(xué)三維重建復(fù)位后的骨折部位進(jìn)行虛擬裝配，并根據(jù)骨折部位復(fù)位情況確定該初步骨科植入物的螺釘孔位置及方向；將最終的骨科植入物的3D圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入快速成型機(jī)堆積成實體的骨科植入物，制得成品。本發(fā)明可以根據(jù)不同骨折形態(tài)專門設(shè)計、實現(xiàn)高精度復(fù)位和內(nèi)固定，并且制作的骨科植入物表面貼合性好、厚薄合理。
文檔編號G06F17/50GK103150442SQ20131008258
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者韋冬 申請人:常州華森醫(yī)療器械有限公司