CN104269092B - 手术辅助骨骼模型制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手术辅助骨骼模型制备方法，它包括以下步骤：（1）根据CT技术对骨骼三维重建；（2）将三维重建数据制作三维打印数据；（3）采用3D打印技术制作1:1骨骼模型；（4）对打印完毕的模型进行清理及完善。本发明的优点：（1）采用无毒害聚乳酸材料制作手术辅助骨骼模型，绿色环保；（2）缩短手术时间，减少病患出血，降低并发症几率；（3）使得可视性更好，并且能够直接模拟治疗，研讨手术方案，让手术风险更加可控；（4）对于术后分析、医疗鉴定提供更加有力辅助；（5）医学院校实现对骨骼的再造分析，提供多样化的病例，理论实际结合；（6）在该发明的应用上，存在着巨大的潜在客户，市场应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种手术辅助骨骼模型制备方法。
背景技术
多种因由，诸如自然衰老、运动、车祸、自然灾害、战争、重物打击等各种原因导致骨骼损伤，鉴于骨骼方面的损伤影响正常生活，导致许多患者需要进行骨骼方面的手术。随着生活水平的提高，从安全、知情权及手术质量角度，许多患者需要自身1:1骨骼模型的应用。针对现在医患维权事件日趋上升，需要有能够直观准确表达术前术后的模型。
人体骨骼的单一性不可复制性使得现在医学在实施骨骼手术的过程中大量时间消耗在对钛板、可吸收板等治疗板的塑性上，增加了患者手术时间，增大并发症几率；而手术骨骼制备能提前对治疗板进行塑性，缩短手术时间、减少病患出血、降低并发症几率，因此对手术骨骼模型制备技术的研究具有重大意义。
对于复杂的骨骼手术现在医学更多是在CT或MRI数据上进行分析与讨论，缺乏直观性、可操作性；而手术骨骼制备能直接从二维图像转换为三维实体，可视性更好并且能够直接模拟治疗、研讨手术方案、让手术风险更加可控，因此对手术骨骼模型制备技术的研究具有重大意义。然而，现在医学在骨骼手术完成以后很难实现可逆性操作还原手术前骨骼分析，对于医疗鉴定缺乏直观模型；而手术骨骼制备能直接三维实体再现术前术后骨骼模型，对于术后分析、医疗鉴定能够提供更加有力辅助，因此对手术骨骼模型制备技术的研究具有重大意义。
现在医学院校对于医学教学用遗体需求巨大，而我国医学院校遗体数量严重不足，且由于遗体的来源使得在校研究大多局限于理论方面，对于遗体病例的多样性也是医学院校急于解决的一大难题；而手术骨骼制备技术能实现对骨骼的再造分析、能提供多样化的病例，理论实际结合能更完善；因此对手术骨骼模型制备技术的研究具有重大意义。
传统制作人体骨骼模型多数是使用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）或者石膏制作。聚乳酸具有以下优点：（1）相对于ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）及石膏，聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸，生产过程无污染，原料来源充分而且可以再生，实现在自然界中的循环，相容性与可降解性良好。普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应；（2）机械性能及物理性能良好；（3）聚乳酸（PLA）相对于其他传统生物可降解塑料还具备有自己独特的特性，在强度、透明度及对气候变化的抵抗能力等方面皆强于一般的塑料，聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透气性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔离气味的特性，病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及卫生的疑虑，然而，聚乳酸是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料；（4）聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如：熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与广泛使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。
生物医药行业是聚乳酸最早开展应用的领域。聚乳酸对人体有高度安全性并可被组织吸收，加之其优良的物理机械性能，应用在生物医药领域的诸如一次性输液工具、免拆型手术缝合线、药物缓解包装剂、人造骨折内固定材料、组织修复材料、人造皮肤等。高分子量的聚乳酸有非常高的力学性能，在欧美等国已被用来替代不锈钢，作为新型的骨科内固定材料如骨钉、骨板而被大量使用，其可被人体吸收代谢的特性使病人免收了二次开刀之苦。其技术附加值高，是医疗行业发展前景的高分子材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种绿色环保的手术辅助骨骼模型制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：手术辅助骨骼模型制备方法，它包括以下子步骤：
S1：利用CT扫描人体骨组织，获取骨组织的图像数据，所述的数据包括骨骼大小以及曲面参数；
S2：将步骤S1得到的数据导入mimics并进行三维重建，建立骨骼三维模型；
S3：将骨骼三维模型以STL格式输入到3D打印系统；
S4：启动聚乳酸3D打印系统，采用聚乳酸为原材料，通过温控系统对3D打印系统喷头预热，送丝速度设定为90mm/min，层厚设定为0.1-0.2mm；
S5：利用3D打印系统进行聚乳酸人工骨骼模型的打印，包括以下子步骤：
S51：打印基板以保证打印件有效固定至基板上部；
S52：完成基板打印后，喷头上升0.1-0.2mm，进行第一层打印，打印过程中先打印出一圈较密实的外轮廓，保证打印人工骨骼模型有较好的结构强度和外形精度，再打印内部结构；
S53：每完成一层后，喷头上升0.1-0.2mm，进行下一层的打印，直至完成整个人工骨骼模型的制造过程；
S54：采用相同聚乳酸材料打印悬空部位的支架底层；
S6：等待打印喷头的温度冷却到室温，从打印平台上取出聚乳酸人工骨骼模型；
S7：将打印好的聚乳酸人工骨骼模型使用机械辅助去除支撑材料，然后分别用无水乙醇和去离子水超声波清洗，并且放入无菌室中自然干燥。
步骤S1中所述的CT扫描采用医用的3D-MicroCT和MRI医学图像采集设备中的其中一种。
步骤S4中所述的聚乳酸为1.75mm丝状聚乳酸。
步骤S4中所述的喷头预热的预热温度230℃。
步骤S6中所述的冷却到温度的速度为5℃-10℃/min。
本发明的有益效果是：（1）本发明采用无毒害的聚乳酸材料制备手术辅助骨骼模型，绿色环保；（2）缩短手术时间，减少病患出血，降低并发症几率；（3）将CT或MRI二维图像转换为三维实体，使得可视性更好并且能够直接模拟治疗，研讨手术方案，让手术风险更加可控；（4）能三维实体再现术前术后骨骼模型，对于术后分析、医疗鉴定提供更加有力辅助；（5）医学院校实现对骨骼的再造分析、能提供多样化的病例，理论实际结合能更完善；（6）就以上5点，在该发明的应用上，存在着巨大的潜在客户，市场应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，手术辅助骨骼模型制备方法，它包括以下子步骤：
S1：利用CT扫描人体骨组织，获取骨组织的图像数据，所述的数据包括骨骼大小以及曲面参数；
S2：将步骤S1得到的数据导入mimics并进行三维重建，建立骨骼三维模型；
S3：将骨骼三维模型以STL格式输入到3D打印系统；
S4：启动聚乳酸3D打印系统，采用聚乳酸为原材料，通过温控系统对3D打印系统喷头预热，送丝速度设定为90mm/min，层厚设定为0.1-0.2mm；
S5：利用3D打印系统进行聚乳酸人工骨骼模型的打印，包括以下子步骤：
S51：打印基板以保证打印件有效固定至基板上部；
S52：完成基板打印后，喷头上升0.1-0.2mm，进行第一层打印，打印过程中先打印出一圈较密实的外轮廓，保证打印人工骨骼模型有较好的结构强度和外形精度，再打印内部结构；
S53：每完成一层后，喷头上升0.1-0.2mm，进行下一层的打印，直至完成整个人工骨骼模型的制造过程；
S54：采用相同聚乳酸材料打印悬空部位的支架底层；
S6：等待打印喷头的温度冷却到室温，从打印平台上取出聚乳酸人工骨骼模型；
S7：将打印好的聚乳酸人工骨骼模型使用机械辅助去除支撑材料，然后分别用无水乙醇和去离子水超声波清洗，并且放入无菌室中自然干燥。
步骤S1中所述的CT扫描采用医用的3D-MicroCT和MRI医学图像采集设备中的其中一种。
步骤S4中所述的聚乳酸为1.75mm丝状聚乳酸。
步骤S4中所述的喷头预热的预热温度230℃。
步骤S6中所述的冷却到温度的速度为5℃-10℃/min。
Claims (5)
1.手术辅助骨骼模型制备方法，其特征在于：它包括以下子步骤：
S1：利用CT扫描人体骨组织，获取骨组织的图像数据，所述的数据包括骨骼大小以及曲面参数；
S2：将步骤S1得到的数据导入mimics并进行三维重建，建立骨骼三维模型；
S3：将骨骼三维模型以STL格式输入到3D打印系统；
S4：启动聚乳酸3D打印系统，采用聚乳酸为原材料，通过温控系统对3D打印系统喷头预热，送丝速度设定为90mm/min，层厚设定为0.1-0.2mm；
S5：利用3D打印系统进行聚乳酸人工骨骼模型的打印，包括以下子步骤：
S51：打印基板以保证打印件有效固定至基板上部；
S52：完成基板打印后，喷头上升0.1-0.2mm，进行第一层打印，打印过程中先打印出一圈较密实的外轮廓，保证打印人工骨骼模型有较好的结构强度和外形精度，再打印内部结构；
S53：每完成一层后，喷头上升0.1-0.2mm，进行下一层的打印，直至完成整个人工骨骼模型的制造过程；
S54：采用相同聚乳酸材料打印悬空部位的支架底层；
S6：等待打印喷头的温度冷却到室温，从打印平台上取出聚乳酸人工骨骼模型；
S7：将打印好的聚乳酸人工骨骼模型使用机械辅助去除支撑材料，然后分别用无水乙醇和去离子水超声波清洗，并且放入无菌室中自然干燥。
2.根据权利要求1所述的手术辅助骨骼模型制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的CT扫描采用医用的3D-MicroCT和MRI医学图像采集设备中的其中一种。
3.根据权利要求1所述的手术辅助骨骼模型制备方法，其特征在于：步骤S4中所述的聚乳酸为1.75mm丝状聚乳酸。
4.根据权利要求1所述的手术辅助骨骼模型制备方法，其特征在于：步骤S4中所述的喷头预热的预热温度230℃。
5.根据权利要求1所述的手术辅助骨骼模型制备方法，其特征在于：步骤S6中所述的冷却到室温的速度为5℃-10℃/min。
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