CN104546236A - 一种定制型的一体化3d打印仿真义指 - Google Patents

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韩冬
艾松涛
张海峰
杜子婧
戴尅戎
李青峰
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Ninth Peoples Hospital Shanghai Jiaotong University School of Medicine
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Abstract

本发明公开了一种定制型的一体化3D打印仿真义指，包括以下步骤：信息采集及三维重建；仿真义指的三维重建；义指的安装。通过三维影像技术确定口腔种植钉型号及打印出定制型生理仿真义指，满足患者在功能以及外观上的需要。完成手指的功能及美学修复效果，进而在全国推广应用,在满足广大一线患者治疗的同时,也为国家节省大量的医疗费用，因此具有很大的经济效益和社会效益。通过三维影像技术确定种植钉及制作出定制型生理仿真义指，满足患者在功能及外观上的需要。原材料以及操作先进科学、简单实用，便于患指的安装，能够达到节约成的目的。

Description

一种定制型的一体化3D打印仿真义指
技术领域
本发明涉及一种种植假体，尤其涉及的是一种定制型的一体化3D打印仿真义指。
背景技术
我国是发展中国家,随着工农业及交通运输业的快速发展,出现了大量的手外伤患者。仅黑龙江一个省份每年的手外伤数量可达5万人，其中手指远节损伤是最为常见的，依次类推，每年手指损伤的患者在百万左右，其中需要种植假体修复的也会在几十万左右，因此这是一个十分庞大的市场，中国从上世纪八九十年代开始，劳动密集型产业发展迅猛，如果按照年平均手外伤50万计算，已经安装义指的群体30万/年计算，则该群体保守估计超过500万，如果按照转化率50％计算，人均费用8000元，则市场规模将超过200亿。
手指末节以远外伤离断是手外科常见损伤，目前通常采用显微外科技术吻接血管进行再植，断指再植时常会因为找不到可供吻合的血管而导致再植失败,或软组织挤压捻挫严重,无可供吻接血管,或离断部位血管细小，损伤复杂最终导致手术失败。
当断指再植无法进行时，传统的修复技术包括足趾部分游离移植，骨延长，骨皮瓣再造等，上述是通过手术的方法改善患者的手指长度以及功能，存在治疗周期长，一定的并发症及外观美学较差等问题，而且会给供区造成新的创伤和美学缺陷，患者常直接拒绝上述二次创伤性的修复方法。另外，对于已经适应手指远端残缺的患者来说，也可以选择佩带手指假体的方式以改善外观。
佩带高度仿真的手指假体在一定程度上可以改善患者残缺手指外观，但由于目前市场上的手指假体多是软性硅胶材料制作，只是起到装饰作用，无法大幅提高患者的手功能.
随着口腔种植技术的成熟，一些医生开展手指种植假体临床工作，采用口腔科的种植假体。手指义指，目前市场上多是软硅胶和塑料产品，其外形和功能都和患者的实际需求相差较大。随着近几年，3D打印技术的飞速发展，可以在很大程度上克服以上不足，根据每个患者的手指形态，在传统口腔种植钉技术的基础上定制打印出仿真种植义指，不仅可以明显改善手指外观，还可以极大提高手功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种定制型的一体化3D打印仿真义指，构建出生理防止义指。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)信息采集及三维重建
首先采用CT扫描双手得到CT断层图像数据，根据指骨缺失的程度及残端骨的内径，使用三维重建软件得出种植钉的大小及形态，确定种植钉的型号；采用镜像翻转方法参照健侧指骨或解剖学数据设计出义指金属骨骼的大小及形态；
(2)将种植钉植入指骨
将确定好的种植钉植入指骨，骨端外露的种植钉金属四周以皮肤软组织覆盖缝合，待种植钉和指骨骨整合完成，准备安装仿真义指；
(3)义指金属骨骼的打印
将义指金属骨骼的三维重建数据导入金属三维打印机，打印出钛合金金属义指骨骼；
(4)仿真义指的制作
使用步骤(1)采集的信息及三维重建数据，辅以激光扫描技术，模拟近端手指皮肤的颜色和皮纹走向，以义指金属骨骼为支架，包围一层硅胶，模拟皮肤制作出生理仿真义指，再安装仿真指甲；
(5)义指的安装
将制作完成的生理仿真义指安装到种植钉的基桩上，使用和肤色近似的硅胶密封生理仿真义指和皮肤界面。
所述种植钉为口腔种植钉。采用技术较为成熟的口腔种植钉，能够简化设计流程。
所述CT断层图像数据先通过MIMICS软件识别，再通过Surfacer 9.0重建软件处理；三维重建软件采用CAD/CAM软件。
本发明使用的3D打印设备来自瑞典的EBM，即基于电子束熔化技术的增材制造技术3D打印成型系统，目前在全球有114台已经投入使用，广泛应用与医疗、航天领域。所有打印的原材料来源于Arcam，材料属性优良，其强度、弹性、抗疲劳、化学组分和微结构均符合外植入物标准。设备以及材料无毒，无害，具有很强的环境保护效益。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明在传统的种植牙技术原理基础上，结合影像学三维重建技术，激光扫描技术，计算机辅助设计和辅助制造技术及三维打印技术，研制出一套定制型义指假体的制作的新方法。完成手指的功能及美学修复效果，进而在全国推广应用,在满足广大一线患者治疗的同时,也为国家节省大量的医疗费用，因此具有很大的经济效益和社会效益。通过三维影像技术确定种植钉及制作出定制型生理仿真义指，满足患者在功能及外观上的需要。原材料以及操作先进科学、简单实用，便于患指的安装，能够达到节约成本的目的。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
(1)信息采集及三维重建：采用CT扫描双手，而后将两次CT断层图像数据，通过MIMICS软件识别，再通过Surfacer 9.0(Imageware公司，美国)重建软件处理，观察断层和重建的手指指骨，计算出指骨缺失的程度及残端骨的内径，从而计算出种植体的大小及形态，并三维重建软件采用镜像翻转复制方法以健侧指骨代替后计算出义指金属骨骼的大小及形态。如果健侧指骨有缺失，则参考解剖学数据，本实施例的种植钉选用口腔种植钉。
(2)个性化钛金属义指三维打印：金属三维打印机打印出义指金属骨骼。
(3)种植体的种植：按照两阶段种植技术，首先将确定好的种植钉的体部植入指骨，皮肤覆盖缝合，待4～5个月，让种植体和骨组织充分骨整合。将待安装仿真义指前一个月切开皮肤，显露种植钉的颈部，换药至皮肤软组织和种植钉的颈部金属面粘附愈合，待种植钉的体部植入指骨拆线后，即可安装三维打印义指骨骼。
(4)使用步骤(1)采集的信息及三维重建数据，辅以激光扫描技术，模拟近端手指皮肤的颜色和皮纹走向，以义指金属骨骼为支架，包围一层硅胶模拟皮肤制作出生理仿真义指，再安装仿真指甲。
(5)义指的安装：将制作完成的生理仿真义指安装到口腔种植钉的基桩。为保证义指和皮肤界面的紧密对合及自然过渡，可以使用和肤色近似的硅胶模密闭义指和皮肤界面。
使用本实施例的义指，可以实现部分指骨的功能，如握持物体等。

Claims (3)

1.一种定制型的一体化3D打印仿真义指，其特征在于,包括以下步骤：
(1)信息采集及三维重建
首先采用CT扫描双手得到CT断层图像数据，根据指骨缺失的程度及残端骨的内径，使用三维重建软件得出种植钉的大小及形态，确定种植钉的型号；采用镜像翻转方法参照健侧指骨或解剖学数据设计出义指金属骨骼的大小及形态；
(2)将种植钉植入指骨
将确定好的种植钉植入指骨，骨端外露的种植钉金属四周以皮肤软组织覆盖缝合，待种植钉和指骨骨整合完成，准备安装仿真义指；
(3)义指金属骨骼的打印
将义指金属骨骼的三维重建数据导入金属三维打印机，打印出钛合金金属义指骨骼；
(4)仿真义指的制作
使用步骤(1)采集的信息及三维重建数据，辅以激光扫描技术，模拟近端手指皮肤的颜色和皮纹走向，以义指金属骨骼为支架，包围一层硅胶，模拟皮肤制作出生理仿真义指，再安装仿真指甲；
(5)义指的安装
将制作完成的生理仿真义指安装到种植钉的基桩上，使用和肤色近似的硅胶密封生理仿真义指和皮肤界面。
2.根据权利要求1所述的一种定制型的一体化3D打印仿真义指，其特征在于，所述种植钉为口腔种植钉。
3.根据权利要求1所述的一种定制型的一体化3D打印仿真义指，其特征在于，所述CT断层图像数据先通过MIMICS软件识别，再通过Surfacer 9.0重建软件处理；三维重建软件采用CAD/CAM软件。
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