CN110353861B - 一种人体骶骨假体的个性化制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了涉及骶骨假体技术领域的一种人体骶骨假体的个性化制备方法，骶骨假体尺寸与实际需求不匹配的问题。其技术要点在于：包括以下步骤：提取骶骨形态数据；虚拟截骨；提取假体外轮廓模型；建立外支撑框架形态模型；建立骨长入层形态模型；建立中央减重体形态模型；各部分融合形成个性化骶骨假体CAD模型；3D打印；后处理。消除了患者体格特征不同而导致骶骨假体不能匹配患者的骶骨的问题和不同手术方案需要切除的骶骨尺寸与骶骨假体成品的尺寸不匹配的问题，实现了通过该方法制作的骶骨假体尺寸形状与实际需求准确匹配的效果，使骶骨假体达到较为精确尺寸和骨长入融合效果的同时，与人体具有较好的相容性。

Description

一种人体骶骨假体的个性化制备方法
技术领域
本发明涉及骶骨假体技术领域，特别是一种人体骶骨假体的个性化制备方法。
背景技术
骶骨是盆骨处的重要骨骼，其对于支撑脊柱、维持盆骨构造和传递身体载荷具有着重要的作用。骶骨肿瘤患者就诊时，瘤体往往较大，而在骶骨肿瘤切除手术过程中，则会需要将肿瘤连通骶骨的一部分一同切除。骶骨被切除一部分后，容易会对人在术后的活动造成较大的影响，使人行动不便，同时也会影响骶骨所能承受的极限载荷，因此需要使用骶骨假体来替代被切除的骨骼。
在实际使用过程中，需要的骶骨假体往往尺寸大小和局部的形状是有区别的，通过传统的批量加工技术生产出的骶骨假体容易与不同患者所需要的骶骨假体的形状尺寸存在较大的差异，从而造成使用上的不便。故现有技术中存在尺寸与实际需求不匹配的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种人体骶骨假体的个性化制备方法，具有尺寸形状与实际需求准确匹配的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种人体骶骨假体的个性化制备方法，包括以下步骤：
提取骶骨形态数据：通过mimics根据CT或MRI影像建立骶骨三维模型；
虚拟截骨：根据手术方案对所述骶骨三维模型进行模拟病灶处理和虚拟截骨，获得术后骶骨形态模型，所述术后骶骨形态模型具有虚拟截骨后留下的虚拟截骨断面；
提取假体外轮廓模型：将所述骶骨三维模型与术后骶骨形态模型进行布尔求差，获得假体外轮廓模型；
建立外支撑框架形态模型：根据所述假体外轮廓模型绘制若干个沿假体外轮廓模型外边缘延伸的支撑杆形态模型，所述支撑杆形态模型相互连接组成外支撑框架形态模型；
建立骨长入层形态模型：在所述外支撑框架形态模型建立位置与虚拟截骨断面相匹配的骨长入层形态模型；
建立中央减重体形态模型：在所述骨长入层形态模型建立具有多孔结构的中央减重体模型；
各部分融合形成个性化骶骨假体CAD模型：通过CAD软件将所述外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型整合并得到假体形态模型，所述假体形态模型能与虚拟截骨端面匹配且与遗留骨缺损外形一致，所述假体形态模型为快速成型辅助软件可识别的文件；
3D打印：将假体形态模型的模型文件导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将所述加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成骶骨假体成品；
后处理：对所述骶骨假体成品进行打磨去除毛刺。
作为本发明的进一步改进：在所述建立外支撑框架形态模型步骤后，还包括以下步骤：
建立辅助手术模板模型：根据所述外支撑框架形态模型绘制辅助手术模板模型，所述辅助手术模板模型沿支撑杆的长度方向延伸；
打印辅助手术模板成品：通过CAD软件将辅助手术模板模型转化为快速成型辅助软件可识别的文件，并导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将所述加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成辅助手术模板成品，对所述辅助手术模板成品进行打磨去毛刺。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于患者的体格特征和需要切除的骶骨尺寸形状均可能存在差异，因此不同患者需要的骶骨假体大多数情况下也是有所区别的。通过在进行手术和制作假体前，先通过CT或MRI影像建立骶骨三维模型，以骶骨三维模型作为制作骶骨假体成品的基础，从而使该方法制作的骶骨假体成品的尺寸是随患者体格特征的不同而不同的，进而消除了患者体格特征不同而导致骶骨假体不能匹配患者的骶骨的问题。而通过虚拟截骨步骤获得的术后骶骨形态模型，并以术后骶骨形态模型作为制作骶骨假体成品的基础，从而使该方法制作的骶骨假体成品的尺寸是随手术方案的不同而不同的，进而消除了不同手术方案需要切除的骶骨尺寸与骶骨假体成品的尺寸不匹配的问题。最终实现了通过该方法制作的骶骨假体尺寸形状与实际需求准确匹配的效果。
当患者需要进行手术时，可使用该辅助手术模板成品能有效的控制术后患者骶骨与骶骨假体之间的尺寸误差，使骶骨假体能与患者相匹配，使骶骨假体成品的尺寸形状与患者的实际需求准确匹配。
通过骶骨假体的尺寸与骨骼相吻合，并且骨骼在生长过程中能长入骨长入层内，从而使得通过该方法制作的骶骨假体在达到较为精确尺寸、良好骨长入融合固定和骨长入融合效果的同时，与人体具有较好的相容性。
附图说明
图1为本实施例的流程示意图。
具体实施方式
现结合附图说明与实施例对本发明进一步说明：
实施例：
一种人体骶骨假体的个性化制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、提取骶骨形态数据：通过mimics根据CT或MRI影像建立骶骨三维模型，在本实施例中采用MRI影像建立骶骨三维模型；
S2、虚拟截骨：根据手术方案对骶骨三维模型进行模拟病灶处理和虚拟截骨，获得术后骶骨形态模型，术后骶骨形态模型具有虚拟截骨后留下的虚拟截骨断面；
S3、提取假体外轮廓模型：将骶骨三维模型与术后骶骨形态模型进行布尔求差，获得假体外轮廓模型；
S4、建立外支撑框架形态模型：根据假体外轮廓模型绘制若干个沿假体外轮廓模型外边缘延伸的支撑杆形态模型，支撑杆形态模型相互连接组成外支撑框架形态模型；
S5、建立骨长入层形态模型：在外支撑框架形态模型建立位置与虚拟截骨断面相匹配的骨长入层形态模型；
S6、建立中央减重体形态模型：在骨长入层形态模型建立具有多孔结构的中央减重体模型；
S7、各部分融合形成个性化骶骨假体CAD模型：通过CAD软件将外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型整合并得到假体形态模型，假体形态模型能与虚拟截骨端面匹配且与遗留骨缺损外形一致，假体形态模型为快速成型辅助软件可识别的文件；
S8、3D打印：将假体形态模型的模型文件导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成骶骨假体成品；
S9、后处理：对骶骨假体成品进行打磨去除毛刺；
S10、建立辅助手术模板模型：根据外支撑框架形态模型绘制辅助手术模板模型，辅助手术模板模型沿支撑杆的长度方向延伸；
S11、打印辅助手术模板成品：通过CAD软件将辅助手术模板模型转化为快速成型辅助软件可识别的文件，并导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成辅助手术模板成品，对辅助手术模板成品进行打磨去毛刺。
本实施例具有以下优点：
通过骶骨三维模型建立术后骶骨形态模型，能直观的看到预期的术后骶骨形态，从而便于制作出于术后的骶骨相配合的骶骨假体，并能起到提高骶骨假体与骶骨的吻合度，从而减小骶骨假体与实际需求的差别，使骶骨假体的尺寸与实际需求相匹配。
通过建立外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型，能直观的看出预期骶骨假体加工成为成品后的形状，方便对外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型的尺寸形状进行调整。
外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型在加工为成品后分别形成骶骨假体的外支撑框架、骨长入层和中央减重体。外支撑框架可与骨骼直接接触，承受了整个骶骨假体受到的大部分载荷。骨长入层与骨骼直接接触，供骨骼长入并依附于骨长入层。中央减重体填充外支撑框架内的间隙，能承受骶骨假体受到的一部分载荷，并能给骨长入层提供稳定的支撑，起到提高外支撑框架、骨长入层和中央减重体的整体结构稳定性，并能使骨长入层与骨骼保持稳定的连接，从而能够获得结构稳定性较高的骶骨假体。中央减重体设有多孔结构，使骶骨假体轻量化，减小骶骨假体的重量。
通过骶骨假体的尺寸与骨骼相吻合，并且骨骼在生长过程中能长入骨长入层内，从而使得通过该方法制作的骶骨假体在达到较为精确尺寸和骨长入融合效果的同时，与人体具有较好的相容性。
由于患者的体格特征和需要切除的骶骨尺寸形状均可能存在差异，因此不同患者需要的骶骨假体大多数情况下也是有所区别的。通过在进行手术和制作假体前，先通过CT或MRI影像建立骶骨三维模型，以骶骨三维模型作为制作骶骨假体成品的基础，从而使该方法制作的骶骨假体成品的尺寸是随患者体格特征的不同而不同的，进而消除了患者体格特征不同而导致骶骨假体不能匹配患者的骶骨的问题。而通过虚拟截骨步骤获得的术后骶骨形态模型，并以术后骶骨形态模型作为制作骶骨假体成品的基础，从而使该方法制作的骶骨假体成品的尺寸是随手术方案的不同而不同的，进而消除了不同手术方案需要切除的骶骨尺寸与骶骨假体成品的尺寸不匹配的问题。最终实现了通过该方法制作的骶骨假体尺寸形状与实际需求准确匹配的效果。
由于辅助手术模板模型是根据外支撑框架形态模型绘制的，因此辅助手术模板模型的尺寸与外支撑框架形态模型的尺寸是一致的，使得辅助手术模板成品与骶骨假体成品之间的尺寸误差较小，产生误差最大的原因仅仅只有3D打印机在工作过程中产生的误差。当患者需要进行手术时，可使用该辅助手术模板成品能有效的控制术后患者骶骨与骶骨假体之间的尺寸误差，使骶骨假体能与患者相匹配，使骶骨假体成品的尺寸形状与患者的实际需求准确匹配。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (1)

1.一种人体骶骨假体的个性化制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
提取骶骨形态数据：通过mimics根据CT或MRI影像建立骶骨三维模型；
虚拟截骨：根据手术方案对所述骶骨三维模型进行模拟病灶处理和虚拟截骨，获得术后骶骨形态模型，所述术后骶骨形态模型具有虚拟截骨后留下的虚拟截骨断面；
提取假体外轮廓模型：将所述骶骨三维模型与术后骶骨形态模型进行布尔求差，获得假体外轮廓模型；
建立外支撑框架形态模型：根据所述假体外轮廓模型绘制若干个沿假体外轮廓模型外边缘延伸的支撑杆形态模型，所述支撑杆形态模型相互连接组成外支撑框架形态模型；
建立骨长入层形态模型：在所述外支撑框架形态模型建立位置与虚拟截骨断面相匹配的骨长入层形态模型；
建立中央减重体形态模型：在所述骨长入层形态模型建立具有多孔结构的中央减重体模型；
各部分融合形成个性化骶骨假体CAD模型：通过CAD软件将所述外支撑框架形态模型、骨长入层形态模型和中央减重体形态模型整合并得到假体形态模型，所述假体形态模型能与虚拟截骨端面匹配且与遗留骨缺损外形一致，所述假体形态模型为快速成型辅助软件可识别的文件；
3D打印：将假体形态模型的模型文件导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将所述加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成骶骨假体成品；
后处理：对所述骶骨假体成品进行打磨去除毛刺；
还包括以下步骤：
建立辅助手术模板模型：根据所述外支撑框架形态模型绘制辅助手术模板模型，所述辅助手术模板模型沿支撑杆的长度方向延伸；
打印辅助手术模板成品：通过CAD软件将辅助手术模板模型转化为快速成型辅助软件可识别的文件，并导入快速成型辅助软件中，进行空间位置摆放、对垂悬结构添加支撑然后进行分层切片处理，得到二维信息数据，通过二维信息数据扫描路径生成加工路径数据，将所述加工路径数据导入3D打印机中，并在3D打印机上设置工作参数，通过3D打印机打印形成辅助手术模板成品，对所述辅助手术模板成品进行打磨去毛刺。
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