CN102495929A - 钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统 - Google Patents

钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统 Download PDF

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CN102495929A
CN102495929A CN2011104053945A CN201110405394A CN102495929A CN 102495929 A CN102495929 A CN 102495929A CN 2011104053945 A CN2011104053945 A CN 2011104053945A CN 201110405394 A CN201110405394 A CN 201110405394A CN 102495929 A CN102495929 A CN 102495929A
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关天民
单丽君
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大连交通大学
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Abstract

本发明公开了一种钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统,利用图像处理技术和数控加工方法相融合的方法,实现了颅骨修复假体的数字化设计和数控加工仿真,加工出尺寸精度高、贴合性良好的修复假体,克服了常用的颅骨修复材料在塑型、强度、工艺、吻合性等方面的缺陷。

Description

钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统
技术领域
[0001] 本发明涉及颅骨修复假体的设计与制造系统,尤其涉及一种钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统。
背景技术
[0002] 颅骨修复患者有两大类,一类是先天性,这类患者是因为出生时伴有不正常颅骨生长,导致后来颅骨发生严重畸形,必需进行外科手术引导颅骨的正常生长:还有一类是后天形成的颅骨缺损,这类患者所占比例很大,且数量逐年增多。人由于战争、车祸、重物打击等原因会产生颅骨缺损,另一方面脑肿瘤的发病率也呈上升趋势,脑部手术后伴随而来的就是颅骨修补。因此,就该研究成果的应用上,存在着巨大的潜在用户,市场应用前景广阔。
[0003] 在制造工艺上,国内外主要有四种方法:手工塑形、失蜡铸造、模具压制和多点成形技术。现在医学上常用钛网制作颅骨修复体,钛网虽然具有组织相容性好的特点,但强度和硬度均低于颅骨组织,耐冲击时产生塑性变形。而且只能靠手工塑形。手工塑形对临床医生的手工水平要求较高,钛合金不易成型,塑形困难,劳动强度大,增加了手术时间,塑形时易产生翘曲和皱褶,导致修复体与缺损部位吻合较差,而且钛网边缘锋利容易刺破皮肤而暴露出来,引起皮肤感染。这些缺点都是钛网颅骨修复难以克服的缺点,严重影响了修复效果。铸造和模具压制在修复体质量上有所提高,但制造周期长、成本高柔性差,以目前的制备手段很难保证一次手术完成清创和修补。而压痕、起皱、回弹和边缘翘曲是多点成形中特有的成形缺陷,压痕和起皱影响颅骨修复体的外形美观,回弹会使修复假体尺寸与骨窗尺寸不吻合,导致修复体塌陷或固定松动。边缘翘曲会使使修复假体与骨窗不能良好贴合, 影响修复质量。颅骨修复技术,不仅关系到广大颅骨缺损患者健康和美观,而且严重影响患者今后的生活质量,因此对颅骨修复体制备技术的研究具有重要的意义。
发明内容
[0004] 鉴于上述现有技术所存在的问题,本发明的目的是针对现有颅骨修复假体的缺陷,从设计与制造上对其进行改进,提出一种利用图像处理技术和数控加工方法相融合的数字化设计与制造系统。
[0005] 本发明的技术解决方案是这样实现的:
[0006] 一种钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统,包括:
[0007] 三维点云数据获取单元,其基于缺损颅骨标准医学图像DICOM格式的CT数据,采用VTK可视化工具包,获取缺损颅骨三维点云数据;并利用Geomagic Mudio逆向工程软件对点云数据进行滤波、去噪预处理,以破洞边界构造基准平面,删除冗余点云数据,完成点云截取采样;
[0008] 假体曲面修复拟合单元,其用于自动计算捕捉破洞边界,删除孤立点及零星三角面片,同时修补缺失点云及有效面域;继而对整体曲面及边界边进行松弛平滑处理,作出拟合边界轨迹,基于破损区域边界曲率一致原则,对缺失数据进行填充,最佳拟合出修复假体曲面;
[0009] 误差分析单元,其利用Geomagic Qualify校核软件,对假体原始点云和拟合后的曲面,以最佳匹配原则进行3D特征比对和误差分析,并自动生成分析报告;
[0010] 三维实体建模单元,其利用Pro/E三维造型软件,通过实体化操作得到外形光顺的修复假体三维实体模型;以修复假体的实体模型为基础,通过数控加工仿真模拟,生成数控加工NC代码;和
[0011] 数控加工单元,其根据三维实体建模单元导出的NC代码,采用钛合金数控加工出修复假体的凹凸面,钻生理孔和钛钉孔,在线切割机上切割成修复假体成品。
[0012] 进一步的,所述数控加工单元的数控加工过程包括:
[0013] (1)根据NC代码,数控加工出修复假体的凹侧曲面;
[0014] (2)继而将所述修复假体放入模具中夹紧定位,并在已加工的凹面一侧灌入焊锡, 冷却后,模具、焊锡和修复假体三者固结在一起;
[0015] (3)在钻床上钻削修复假体上的生理孔和钛钉孔;
[0016] (4)将模具反转180度扣置,去掉模具底板,数控加工出所述修复假体的凸侧曲面;
[0017] (5)将修复假体放入电炉中加热使焊锡熔化,脱模,清理。
[0018] 与现有技术相比,本发明具有突出的技术效果:
[0019] 本发明所述系统实现了颅骨修复假体的数字化设计和数控加工仿真,加工出尺寸精度高、贴合性良好的修复假体;同时,其操作简单,设计的假体通过检验也具有高质量和良好的贴合性,手术时只要把预先制作好的修复体安装上即可,大大缩短手术时间,临床应用的副作用小,真正实现了个性化颅骨修复;尤其是,其采用与临床钛网相同的钛合金材料,并在数控加工过程中,采用加工完一侧后灌入焊锡的方法,不仅组织相容性好,尤其改善了钛合金材料的机械性能和加工工艺性能,从而避免了诸如压痕、起皱、回弹和边缘翘曲等加工缺陷,大大提高了修复质量从而减轻了患者的诸多负担。
附图说明
[0020] 图1是钛合金颅骨修复假体数字化设计制造流程; [0021 ] 图2是颅骨修复假体数控加工工艺流程;
[0022] 图3是钛合金修复假体熔锡制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0023] 一种钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统,融合了图像处理技术和数控加工方法,包括如下的处理过程,如图1所示:
[0024] (1)基于患者缺损颅骨标准医学图像DICOM格式的CT数据,采用VTK可视化工具包,获取缺损颅骨三维点云数据;继而利用Geomagic Studio对点云数据进行滤波降噪等预处理,减小因设备震动或人为因素产生的随机误差。以破洞边界构造基准平面,删除冗余点云数据,完成点云截取采样。
[0025] (2)利用软件自动计算捕捉破洞边界后,删除孤立点及零星三角面片,同时修补缺失点云及有效面域。然后对整体曲面及边界边进行松弛平滑处理,控制公差值为0. 01mm。作出拟合边界轨迹,基于破损区域边界曲率一致原则,对缺失数据进行填充,最佳拟合出修复假体曲面;
[0026] (3)误差分析,将假体原始点云和拟合后的曲面导入校核软件Geomagic Qualify 中,以最佳匹配原则进行3D特征比对和误差分析,并自动生成分析报告。分析得出,原始点云与曲面模型最大上偏差为0. 032,最小负偏差为0. 082。偏差在-0. 040〜+0. 040之间的点云数为97832,占总点云数的97. 372%,说明曲面构建数据真实可靠,曲面质量光顺精准。
[0027] (4)三维实体建模,将拟合出的修复假体曲面导入三维造型软件Pro/E中,通过实体化操作得到外形光顺的修复假体三维实体模型。以修复假体的实体模型为基础,通过数控自动编程生成数控加工NC代码。
[0028] (5)数控加工,即在数控铣床上,根据自动生成的NC代码粗加工出颅骨修复体的凸面、凹面和钛钉所在的环形台阶;继而在钻床上钻削修复体上的生理孔和钛钉孔;再在数控铣床上,根据自动生成的NC代码精加工修复体的凸面、凹面和钛钉所在的环形台阶; 最后,在数控线切割机上切割修复假体外轮廓,如图2所示。
[0029] 基于钛合金的机械性能和加工工艺性能的限制,本发明在数控加工这个过程中, 还可采用灌锡的加工步骤,如图3所示;
[0030] 具体说,即所述数控加工过程包括:
[0031] (1)根据NC代码,数控加工出修复假体的凹侧曲面;
[0032] (2)继而将所述修复假体放入模具中夹紧定位,并在已加工的凹面一侧灌入焊锡, 冷却后,模具、焊锡和修复假体三者固结在一起;
[0033] (3)在钻床上钻削修复假体上的生理孔和钛钉孔;
[0034] (3)将模具反转180度扣置,去掉模具底板,数控加工出所述修复假体的凸侧曲面;
[0035] (4)将修复假体放入电炉中加热使焊锡熔化,脱模,清理。
[0036] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此, 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1. 一种钛合金颅骨修复假体的数字化设计与制造系统,包括:三维点云数据获取单元,其基于缺损颅骨标准医学图像DICOM格式的CT数据,采用VTK 可视化工具包,获取缺损颅骨三维点云数据;并利用Geomagic Studio逆向工程软件对点云数据进行滤波、去噪预处理,以破洞边界构造基准平面,删除冗余点云数据,完成点云截取采样;假体曲面修复拟合单元,其用于自动计算捕捉破洞边界,删除孤立点及零星三角面片, 同时修补缺失点云及有效面域;继而对整体曲面及边界边进行松弛平滑处理,作出拟合边界轨迹,基于破损区域边界曲率一致原则,对缺失数据进行填充,最佳拟合出修复假体曲面;误差分析单元,其利用Geomagic Qualify校核软件,对假体原始点云和拟合后的曲面, 以最佳匹配原则进行3D特征比对和误差分析,并自动生成分析报告;三维实体建模单元,其利用Pro/E三维造型软件,通过实体化操作得到外形光顺的修复假体三维实体模型;以修复假体的实体模型为基础,通过数控加工仿真模拟,生成数控加工NC代码;和数控加工单元,其根据三维实体建模单元导出的NC代码,采用钛合金数控加工出修复假体的凹凸面,钻生理孔和钛钉孔,在线切割机上切割成修复假体成品。
2.如权利要求1所述的数字化设计与制造系统,其特征在于:所述数控加工单元的数控加工过程包括:(1)根据NC代码,数控加工出修复假体的凹侧曲面;(2)继而将所述修复假体放入模具中夹紧定位,并在已加工的凹面一侧灌入焊锡,冷却后,模具、焊锡和修复假体三者固结在一起;(3)在钻床上钻削修复假体上的生理孔和钛钉孔;(4)将模具反转180度扣置,去掉模具底板,数控加工出所述修复假体的凸侧曲面;(5)将修复假体放入电炉中加热使焊锡熔化,脱模,清理。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109091273A (zh) * 2018-06-13 2018-12-28 西安交通大学 一种基于拓扑结构优化的个性化盆骨内置假体设计方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101623736A (zh) * 2009-08-06 2010-01-13 上海交通大学 薄壁钣金件三维曲面模压成形模具及其压模方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101623736A (zh) * 2009-08-06 2010-01-13 上海交通大学 薄壁钣金件三维曲面模压成形模具及其压模方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
关天民等: "钛板颅骨修复假体的设计", 《大连交通大学学报》 *
辛丽: "颅骨修复假体的设计与检验", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-信息科技辑》 *
陈孟夏等: "Digital Design of the Customised Cranial Prosthesis", 《THE 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFORMATION ENGINEERING AND COMPUTER SCIENCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109091273A (zh) * 2018-06-13 2018-12-28 西安交通大学 一种基于拓扑结构优化的个性化盆骨内置假体设计方法
CN109091273B (zh) * 2018-06-13 2020-05-26 西安交通大学 一种基于拓扑结构优化的个性化盆骨内置假体设计方法

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