CN110292478A - 一种基于3d打印个性化定制造口袋及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于3D打印个性化定制造口袋及其设计方法，其步骤包括：根据CT扫描数据和体表的扫描数据，建立造口及周围皮肤的三维模型，通过对模型进行平滑修剪处理保存成造口三维数据文件，设计标准固定结构的三维结构，将造口模型和固定结构整合，设计出具有适体薄膜结构、标准化刚性固定托和环形卡扣结构的可拆卸、可装配的造口袋模具，使用时再将透明塑料袋固定在标准化刚性固定托上，即完成了造口袋的装配。本发明根据患者造口形状个性化定制适体的造口袋模具，大大提高了产品精度，有效防止漏气漏液问题，使用方便，操作简单，节约成本。

Description

一种基于3D打印个性化定制造口袋及其设计方法

技术领域

本发明涉及造口袋装置技术领域，尤其是一种基于3D打印个性化定制造口袋及其设计方法。

背景技术

造口袋是用于人造肛门手术或称肠造口术中的一种辅助医疗器械，造口手术是在患者腹壁上做一个开口，随后将一段肠管拉出腹腔外并将肠管开口固定在腹壁上，用于排泄粪便，粪便可收集于贴于开口处的特制塑料袋内，即造口袋内。

现有的旧式造口袋主要分为两种，一种为绑带类型，另一种为粘贴皮肤类，其中大多数患者使用粘贴皮肤类，由于每个人造口差异大，形状不同，患者在使用前需要手动裁剪出与腹壁开口吻合的开口，但是由于形状大小难以把握，导致排泄物泄露在皮肤上，长此以往会造成造口周围多种并发症，如蜂窝织炎、真菌感染、刺激性皮炎或皮疹、过敏等，还会造成如肠造口回缩或内陷、肠造口膨出或脱垂、肠造口内外疝形成等问题。

现有的定制化造口袋产品缺点：

1、一件式造口袋需要患者手工裁剪，与造口适形度不高，开口修剪过小无法佩戴，开口修剪过大，肠液侵染皮肤会带来一发炎、湿疹系列并发症；

2、粘接皮肤面积大，透气性不好，长期粘接皮肤会造成湿疹、过敏、皮肤炎症等问题。反复粘接对皮肤损伤较大；

3、一件式造口袋摆放方向固定，夜间患者使用时无法侧向旋转，患者侧睡时造口袋不能垂直向下，容易脱落；

4、两件式造口袋安装较为复杂，且同样需要手工修剪，粘接面积大，也会产生各种并发症。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于3D打印个性化定制造口袋及其设计方法，解决现有人造肛门用的造口袋上造口开口不准确导致的漏液漏气等技术问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，所述方法通过以下步骤实现：

步骤一：获取患者腹部人造肛区域的CT扫描数据和体表的扫描数据；

步骤二：基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用三维数值模型软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维建模；

步骤三：对建模后的三维模型数据进行预处理，包括：平滑光顺、去除噪音杂值点、简化模型；再根据预处理后的三维模型绘制造口及周围皮肤轮廓曲线，并以iges格式进行文件保存；

步骤四：利用三维建模软件设计造口袋模型，并获得三维模型数据文件，造口袋模型结构为：包括造口底座和环形卡扣结构；造口底座包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构，适体薄膜结构采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构的外周粘接于中部带孔的标准化刚性固定托的内圈，标准化刚性固定托的外圈可拆卸式连接有用于固定腹带的环形卡扣结构；采用GeomagicDesign direct软件设计标准化刚性固定托和环形卡扣结构的三维模型，采用GeomagicWrap软件将标准化刚性固定托、环形卡扣结构的三维模型数据文件和步骤三中得到的iges格式文件进行数据整合，设计的造口袋结构；

步骤五：将步骤四中的造口袋模型数据文件输入3D打印机进行打印。

其进一步技术方案在于：

步骤二中，基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用医疗重构软件Mimics软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维重构建模，具体步骤包括：

第一步：将CT数据和体表的扫描数据分别以.dicom格式导入Mimics21软件中，并整合成整体；

第二步：使用Mimics21软件中的SEGMENT模块中的Threshold命令对CT数据及体表的扫描数据进行数据分割，使用其中的Skin Tissue(CT，Adult)对皮肤数据进行提取；

第三步：将提取好的数据以.STL格式导出。

步骤三中，使用工业设计软件Geomagic Wrap软件对建模后的三维模型数据进行预处理，具体步骤包括：

第一步：将以.STL格式保存的三维模型数据导入Geomagic Wrap软件中，使用Polygons模块的Trim命令对模型数据进行修剪，仅保留造口及其周围的数据；

第二步：使用Quicksmooth命令对模型数据进行光顺处理；

第三步：使用Polygons模块的Offest命令沿着造口结构进行等壁厚的薄膜结构1的设计，薄膜厚度为1mm；

再使用Polygons模块的3D B-spline命令在模型上显示图形周围绘制出造口及周围皮肤的轮廓曲线，并以iges格式保存文件。

体表的扫描数据采用全息扫描仪获取。

基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法设计的造口袋，包括造口底座、与造口底座可拆卸式连接的用于固定腹带的环形卡扣结构；

造口底座的结构为：包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构，适体薄膜结构采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构的圆周外圈粘接于中部带孔的标准化刚性固定托的圆周内圈；

标准化刚性固定托的圆周外圈上可拆卸式连接所述环形卡扣结构，标准化刚性固定托的外圈边缘沿周向间隔设有缺口结构，相邻两缺口结构之间形成扇形结构，缺口结构对应在标准化刚性固定托外沿上的弧长小于所述扇形结构的弧长；

位于标准化刚性固定托一侧面的内圈边缘设有一段半环形导液檐体；标准化刚性固定托另一侧面的内圈沿轴向连接有卡装圆管，卡装圆管的一端外壁上套设有一圈卡装环，卡装圆管的内径小于导液檐体的内径，且内径由卡装圆管内壁围成的进液端向由导液檐体内壁围成的出液端顺滑过渡；

环形卡扣结构的两端对称设有固定腹带的槽孔，环形卡扣结构的一侧面上设有与标准化刚性固定托的缺口结构相配合的卡手，卡手的一端与环形卡扣结构的外沿固定，使卡手的另一端与环形卡扣结构之间形成凹槽结构，凹槽结构的开口方向朝向环形卡扣结构的圆心处，用于与标准化刚性固定托上的卡装环卡接配合。

标准化刚性固定托的一侧面上还设置黏性粘接层，标准化刚性固定托与透明塑料袋固定装配。

环形卡扣结构的两个对边边缘处还分别设置一个用于扭转安装时增加触摸摩擦力的滚槽结构。

标准化刚性固定托上分布的缺口结构的数量为4个，环形卡扣结构上的卡手的数量为4个。

环形卡扣结构通过槽孔与腹带装配，腹带采用带有尼龙粘贴卡扣的弹性带。

造口底座采用硅胶材料，环形卡扣结构采用光敏树脂。

本发明的有益效果如下：

本发明根据患者造口形状个性化定制适体的造口袋模具，大大提高了产品精度，有效防止漏气漏液问题，使用方便，操作简单，节约成本。本发明基于患者腹部人造肛区域CT扫描数据以及体表的扫描数据，进行人造肛门及周围皮肤的三维重构，基于重构的三维模型设计符合人造肛门形态的适体薄膜结构，使用工业设计软件进行其他固定标准结构设计，并将薄膜结构和标准固定底座进行混合，打印成一体化结构模具。通过3D打印机完成灌注模具和其他固定结构的加工制作。根据本发明设计的模具制作出的造口袋，适体薄膜结构可以紧密的包裹住突出的人造肛门，从而避免了肠液、排泄物倒流入皮肤表面，从而避免了因漏液漏气所产生的术后皮肤溃烂，湿疹等并发症问题。且设计制作简单，实用性高，基于3D打印加工工艺，在最大程度上节约了原材料的使用，本产品性价比高，减轻患者经济负担。同时，本发明还具有如下优点：

1、基于光学或CT扫描、3D打印技术对造口定制化设计制作，造口形状适形度高，适形薄膜结构可以包裹肠头，避免肠液、排泄物在造口周围堆积。

2、无需手工修剪，避免内漏。硅胶粘接皮肤面积小，直径为6cm的环形结构，远远小于通用型造口产品。透气性好，减少各种并发症的发生。

3、可拆卸式结构设计，操作简单配合环形卡扣，固定锁紧塑料袋，密封性好，避免外泄，摆放方向可以任意旋转调节，站立、平卧、侧卧，均能垂直向下，

4、刚性固定托凸起结构，可以撑起塑料袋，方便液体排泄物流淌，避免堆积。

附图说明

图1为本发明设计方法的流程图。

图2为本发明设计出的造口袋结构爆炸。

图3为本发明设计的造口袋的标准化刚性固定托的结构示意图。

图4为图3的另一视角。

图5为图4的另一视角。

图6为本发明设计的造口袋的环形卡扣结构的结构示意图。

其中：1、适体薄膜结构；2、标准化刚性固定托；3、环形卡扣结构；4、槽孔；5、导液檐体；6、卡装圆管；7、卡装环；8、卡手；9、塑料袋；10、滚槽结构；11、缺口结构；。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，本实施例的基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，方法通过以下步骤实现：

步骤一：获取患者腹部人造肛区域的CT扫描数据和体表的扫描数据；

步骤二：基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用三维数值模型软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维建模；

步骤三：对建模后的三维模型数据进行预处理，包括：平滑光顺、去除噪音杂值点、简化模型；

再根据预处理后的三维模型绘制造口及周围皮肤轮廓曲线，并以iges格式进行文件保存；

步骤四：利用三维建模软件设计造口袋模型，并获得三维模型数据文件，造口袋模型结构为：包括造口底座和环形卡扣结构3；造口底座包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构1，适体薄膜结构1采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构1的外周粘接于中部带孔的标准化刚性固定托2的内圈；环形卡扣结构3与标准化刚性固定托2可拆卸式连接；

采用Geomagic Design direct软件设计标准化刚性固定托2和环形卡扣结构3的三维模型，使用Geomagic Wrap软件将标准化刚性固定托2、环形卡扣结构3的三维模型数据文件和步骤三中得到的iges格式文件进行数据整合，设计的造口袋结构。

步骤五：将步骤四中的造口袋模型数据文件输入3D打印机进行打印；其中，造口底座采用硅胶材料，环形卡扣结构3采用光敏树脂。

其中，

步骤二中，基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用医疗重构软件Mimics软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维重构建模，具体步骤包括：

第一步：将CT数据和体表的扫描数据分别以.dicom格式导入Mimics21软件中，并整合成整体；

第二步：使用Mimics21软件中的SEGMENT模块中的Threshold命令对CT数据及体表的扫描数据进行数据分割，使用其中的Skin Tissue(CT，Adult)对皮肤数据进行提取；

第三步：将提取好的数据以.STL格式导出。

其中，步骤三中，使用工业设计软件Geomagic Wrap软件对建模后的三维模型数据进行预处理，具体步骤包括：

第一步：将以.STL格式保存的三维模型数据导入Geomagic Wrap软件中，使用Polygons模块的Trim命令对模型数据进行修剪，仅保留造口及其周围的数据；

第二步：使用Quicksmooth命令对模型数据进行光顺处理；

第三步：使用Polygons模块的Offest命令沿着造口结构进行等壁厚的薄膜结构1的设计，薄膜厚度为1mm；

再使用Polygons模块的3D B-spline命令在模型上显示图形周围绘制出造口及周围皮肤的轮廓曲线，并以iges格式保存文件。

其中，步骤五中，先设计和环形卡扣结构3装配的腹带模型，获得腹带模型数据文件，再将步骤四中的造口袋模型数据文件、腹带模型数据文件输入3D打印机，进行打印；其中，腹带采用带有尼龙粘贴卡扣的弹性带，透明塑料袋采用PE塑料袋。

其中，体表的扫描数据可以采用全息扫描仪获取。

本发明设计造口袋模型时，由于CT扫描更有利于腹腔和腹壁数据的采集，因此利用CT数据应来了解造口内部特征：有无造口疝、造口皮肤与腹膜的距离、造口下有无肠管等，体表的扫描数据获得造口的外形特征：造口大小、造口距髂骨、脐的距离、造口有无凹陷或是高出皮肤的高度等。将CT扫描数据和利用全息扫描仪获得的体表的扫描数据结合更加准确的获得造口的三维结构特征，以制作出符合患者造口形状的造口袋。

利用基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法设计的造口袋，包括造口底座和环形卡扣结构3；造口底座包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构1，适体薄膜结构1采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构1的外周粘接于中部带孔的标准化刚性固定托2的内圈；环形卡扣结构3与标准化刚性固定托2可拆卸式连接，标准化刚性固定托2的一圈均匀分布一组缺口结构，缺口结构在标准化刚性固定托2外沿上的弧长小于两个缺口结构之间的间隔弧长，标准化刚性固定托2的一侧面设有一段导液檐体5，导液檐体5的纵截面垂直于标准化刚性固定托2的板面；标准化刚性固定托2的另一侧面设有卡装圆管6，卡装圆管6的外壁设有一圈卡装环7，卡装环7与标准化刚性固定托2形成一圈用于套装塑料袋的凹槽结构，凹槽结构的开口方向与标准化刚性固定托2的板面延伸方向相同，卡装圆管6的内壁与导液檐体5的内壁连通为一体且由卡装圆管6形成的进液端向导液檐体5形成的出液端渐括；环形卡扣结构3的两个对边上分别设有一个用于固定腹带的槽孔4，环形卡扣结构3的一个侧面设有一组与标准化刚性固定托2的缺口结构数量相适应的卡手8，卡手8的一端与环形卡扣结构3的外沿固定，使卡手8的另一端与环形卡扣结构3之间形成凹槽结构，凹槽结构的开口方向朝向环形卡扣结构3的圆心处，用于与标准化刚性固定托2上的卡装环7装卡配合。

标准化刚性固定托2与塑料袋固定装配。

标准化刚性固定托2上分布的一组缺口结构的数量为4个。

环形卡扣结构3的一个侧面设有的一组卡手8的数量为4个。

环形卡扣结构3的两个对边边缘处还分别设置一个滚槽结构，用于扭转安装时增加触摸摩擦力。

腹带和环形卡扣结构3装配，采用带有尼龙粘贴卡扣的弹性带。

塑料袋为透明塑料袋，采用PE塑料袋。

本实施例的造口袋的设计原理：

适体薄膜结构1：通过光学扫描或ct扫描进行造口周围的体表数据获取，使用三维设计软件进行适体薄膜结构以及模具设计，其结构特点在于三维适形设计，完全贴合造口肠头的三维形状，适体薄膜结构尽可能包裹住肠头，从而起到保护作用，避免肠液排泄物浸染皮肤。基于3D打印的模具，进行医用硅胶灌注，完成订制化加工。

标准化刚性固定托2，由ABS材料注塑，所述的标准化刚性固定托2为标准注塑件，通过特殊粘结剂与适体薄膜结构1进行粘接，构成造口底座。

半环形导液檐体5可支撑塑料袋的袋口、袋颈部位，便于排泄物和肠液的流动。缺口结构可以便于环形卡扣结构3安装，二者通过装配可以锁紧套装的塑料袋；

环形卡扣结构3，由ABS材料注塑，所述的环形卡扣结构3与标准化刚性固定托2进行装配，卡入标准化刚性固定托2后，顺时针旋转45°后将二者锁紧，且固定装卡的塑料袋，外侧有长方形孔槽4结构，方便腹带安装。侧面滚槽结构，便于扭转，增加触摸摩擦力。

塑料袋，端部粘接弹性橡胶圈，使用时，首先撑开橡胶圈，套入标准化刚性固定托2上的凹槽内，然后旋入环形卡扣结构3，锁紧塑料袋；

本实施例的造口袋使用时，标准化刚性固定托2的一侧面上还可以设置黏性粘接层，使用方法为：

1.造口周围皮肤清理；

2.揭掉底座背面的粘接贴纸，对准造口将其安装，使底座的适形薄膜结构包裹住造口肠头；

3.撑开塑料袋橡胶圈，套入标准化刚性固定托2的凹槽结构内，完成初步安装；

4.将初步安装好的带有塑料袋的底座旋入环形卡扣结构3上卡手8构成的凹槽结构内，顺时针扭转45度，锁紧塑料袋，完成；

5.根据使用需求是否安装腹带；

6.根据使用情况可再将透明塑料袋贴贴或者套接固定在标准化刚性固定托2上，即完成了造口袋固定。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

步骤一：获取患者腹部人造肛区域的CT扫描数据和体表的扫描数据；

步骤二：基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用三维数值模型软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维建模；

步骤三：对建模后的三维模型数据进行预处理，包括：平滑光顺、去除噪音杂值点、简化模型；

再根据预处理后的三维模型绘制造口及周围皮肤轮廓曲线，并以iges格式进行文件保存；

步骤四：利用三维建模软件设计造口袋模型，并获得三维模型数据文件，造口袋模型结构为：包括造口底座和环形卡扣结构(3)；

造口底座包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构(1)，适体薄膜结构(1)采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构(1)的外周粘接于中部带孔的标准化刚性固定托(2)的内圈，标准化刚性固定托(2)的外圈可拆卸式连接有用于固定腹带的环形卡扣结构(3)；

采用Geomagic Design direct软件设计标准化刚性固定托(2)和环形卡扣结构(3)的三维模型，采用Geomagic Wrap软件将标准化刚性固定托(2)、环形卡扣结构(3)的三维模型数据文件和步骤三中得到的iges格式文件进行数据整合，设计的造口袋结构；

步骤五：将步骤四中的造口袋模型数据文件输入3D打印机进行打印。

2.如权利要求1所述的基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，其特征在于：步骤二中，基于CT扫描数据和体表的扫描数据，使用医疗重构软件Mimics软件对人造肛门造口及周围皮肤进行三维重构建模，具体步骤包括：

第一步：将CT数据和体表的扫描数据分别以.dicom格式导入Mimics21软件中，并整合成整体；

第二步：使用Mimics21软件中的SEGMENT模块中的Threshold命令对CT数据及体表的扫描数据进行数据分割，使用其中的Skin Tissue(CT，Adult)对皮肤数据进行提取；

第三步：将提取好的数据以.STL格式导出。

3.如权利要求2所述的基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，其特征在于：步骤三中，使用工业设计软件Geomagic Wrap软件对建模后的三维模型数据进行预处理，具体步骤包括：

第一步：将以.STL格式保存的三维模型数据导入Geomagic Wrap软件中，使用Polygons模块的Trim命令对模型数据进行修剪，仅保留造口及其周围的数据；

第二步：使用Quicksmooth命令对模型数据进行光顺处理；

第三步：使用Polygons模块的Offest命令沿着造口结构进行等壁厚的薄膜结构1的设计，薄膜厚度为1mm；

再使用Polygons模块的3D B-spline命令在模型上显示图形周围绘制出造口及周围皮肤的轮廓曲线，并以iges格式保存文件。

4.如权利要求1所述的基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法，其特征在于：体表的扫描数据采用全息扫描仪获取。

5.利用如权利要求1-4之一所述的基于3D打印个性化定制造口袋的设计方法设计的造口袋，其特征在于：包括造口底座、与造口底座可拆卸式连接的用于固定腹带的环形卡扣结构(3)；

造口底座的结构为：包括用于包裹人造肛门并具有相应造口结构的、三维形状的适体薄膜结构(1)，适体薄膜结构(1)采用步骤三中获得的以iges格式文件储存的模型数据，适体薄膜结构(1)的圆周外圈粘接于中部带孔的标准化刚性固定托(2)的圆周内圈；

标准化刚性固定托(2)的圆周外圈上可拆卸式连接所述环形卡扣结构(3)，标准化刚性固定托(2)的外圈边缘沿周向间隔设有缺口结构(11)，相邻两缺口结构(11)之间形成扇形结构，缺口结构(11)对应在标准化刚性固定托(2)外沿上的弧长小于所述扇形结构的弧长；

位于标准化刚性固定托(2)一侧面的内圈边缘设有一段半环形导液檐体(5)；标准化刚性固定托(2)另一侧面的内圈沿轴向连接有卡装圆管(6)，卡装圆管(6)的一端外壁上套设有一圈卡装环(7)，卡装圆管(6)的内径小于导液檐体(5)的内径，且内径由卡装圆管(6)内壁围成的进液端向由导液檐体(5)内壁围成的出液端顺滑过渡；

环形卡扣结构(3)的两端对称设有固定腹带的槽孔(4)，环形卡扣结构(3)的一侧面上设有与标准化刚性固定托(2)的缺口结构(11)相配合的卡手(8)，卡手(8)的一端与环形卡扣结构(3)的外沿固定，使卡手(8)的另一端与环形卡扣结构(3)之间形成凹槽结构，凹槽结构的开口方向朝向环形卡扣结构(3)的圆心处，用于与标准化刚性固定托(2)上的卡装环(7)卡接配合。

6.如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：标准化刚性固定托(2)的一侧面上还设置黏性粘接层，标准化刚性固定托(2)与透明塑料袋(9)固定装配。

7.如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：环形卡扣结构(3)的两个对边边缘处还分别设置一个用于扭转安装时增加触摸摩擦力的滚槽结构(10)。

8.如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：标准化刚性固定托(2)上分布的缺口结构(11)的数量为4个，环形卡扣结构(3)上的卡手(8)的数量为4个。

9.如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：环形卡扣结构(3)通过槽孔(4)与腹带装配，腹带采用带有尼龙粘贴卡扣的弹性带。

10.如权利要求5所述的造口袋，其特征在于：造口底座采用硅胶材料，环形卡扣结构(3)采用光敏树脂。