CN110974490B - 一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，其特征在于包括步骤：1)建立髋骨三维模型；2)提取曲面实体结构模型；3)拉伸曲面实体结构模型凹陷处的曲面，使得曲面内部凹陷处被填充；4)得到臼杯内胆面和沉头安装孔；5)对曲面实体结构模型周边拉伸部分进行修剪然后倒圆角最后得到固位结构，通过拉伸去材在固位结构上得到两个均匀分布的固位孔；6)将步骤5得到的曲面实体结构模型进行修复、添加支撑、切片分层；7)3D打印制造出个性化髋臼杯。由于制得的髋臼杯是依据患者自身骨骼状况个性化定制，因此无需事先磨削髋臼，可以避免骨质损失，减少损伤。同时还能够对患者已经出现骨缺损之处同步进行填充修复。

Description

一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法

技术领域

本发明涉及医疗用品技术领域，特别涉及一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯的制作方法。

背景技术

髋关节置换术经过多年的临床实践已经成为可靠的治疗手段。其中全髋关节置换术需要髋臼杯与股骨柄配合使用，不恰当的配合角度或者安装位置都有可能造成髋臼杯的脱位等较为严重的事故。在临床上通常设定髋臼杯的安装前倾角在10°～20°之间，外展角40°～50°之间。在手术时，医生通过髋臼锉借助测量工具依据自身临床经验进行髋臼杯安装窝的磨削，然后再放置髋臼杯。对于存在骨缺损的患者需要首先进行植骨，然后通过固定，固定稳定之后再进行髋臼杯安装手术。

传统髋关节置换手术中髋臼杯安装窝的磨削完全依靠医生的经验，对医生的专业技术要求极高，手术难度大。在磨削过程中，均会造成骨损伤以及骨缺失，同时极易因为医生在磨削时的手术误差影响患者的术后康复以及关节活动。受传统加工工艺的影响，髋臼杯多为规则形状，其与存在骨缺损或者骨畸形等特殊情况的患者适配度不高，需要进行额外的植骨等手术。手术过程操作复杂，患者恢复时间比较长。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，包括步骤：

1)分别获取卧姿时髋骨与股骨的形态数据参数，确认髋骨与股骨相互间的前倾角与外展角，以髋骨的形态数据参数建立髋骨三维模型；

2)对髋骨三维模型进行修复，去除模型中的坏边，标记髋骨的髋臼窝，将标记出的三角面片连接成一个不规则曲面，提取曲面设置成厚度为1mm的曲面实体结构模型；

3)拉伸曲面实体结构模型凹陷处的曲面，使得曲面内部凹陷处被填充；

4)从步骤3中所述填充曲面的边缘选取相互间距离最远的两点连线，形成第一辅助线，再从所述填充曲面的边缘选取距离所述第一辅助线最远的点作垂线，垂足为第一交点，连接第一交点与曲面实体结构模型外侧面最凸出点得到第一直线，根据曲面实体结构模型的前倾角与外展角两个安装角度，将第一直线通过变换得到第二直线，以第二直线作为旋转中心，按旋转中心的平面内绘制四分之一圆进行旋转去材得到臼杯内胆面，然后沿第二直线在臼杯内胆面继续利用旋转去材形成沉头安装孔；

5)对曲面实体结构模型与髋骨三维模型重合的部分进行修剪，并沿曲面实体结构模型的曲面的法向方向拉伸面得到固位结构，然后于固位结构上开安装孔；

6)将步骤5得到的曲面实体结构模型进行修复、添加支撑、切片分层；

7)将步骤6所得模型数据导入3D打印机中，通过选择性激光熔化技术制造出个性化髋臼杯。

进一步，步骤7后还包括步骤：

8)制得的性化髋臼杯经过喷砂、抛光和消毒的后处理。

优选地，所述髋骨的形态数据参数由CT扫描获得。

优选地，所述髋骨三维模型和/或曲面实体结构模型的修复步骤由3-matic STL软件自动修复。

进一步，步骤4所述变换是将第一直线以第一交点为原点，沿着竖直方向按前倾角的角度进行一次摆动调整，沿着水平方向按外展角的角度进行一次摆动调整，从而得到第二直线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于制得的髋臼杯是依据患者自身骨骼状况个性化定制，因此无需事先磨削髋臼，可以避免骨质损失，减少损伤。同时还能够对患者已经出现骨缺损之处同步进行填充修复。本发明结合个性化手术要求，将髋臼杯的安装位置、安装前倾角、外展角通过相对于主体结构的位置定位出来，降低了手术难度同时提高了手术精度。本发明通过个性化设计，关节与患者的匹配性高，采用纯钛通过3D打印技术制造，生产速度快。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法包括以下步骤流程：

1、通过CT扫描患者卧姿时的髋骨和股骨，得到髋骨、股骨的形态数据参数，确认髋骨与股骨相互间的前倾角与外展角，将参数导入Mimics软件中，通过其三维建模模块建立髋骨三维模型。

2、对髋骨三维模型导入到3-matic STL软件中，通过自动修复功能对模型进行修复，去除模型中的坏边。利用3-matic STL软件中的标记功能标记髋骨的髋臼窝，将标记出的三角面片连接成一个不规则曲面。同时将髋臼窝内及其周边髋骨上较大厚度的地方包括存在缺损的部分标记出来并与不规则曲面连成一片。将曲面提取出来另存为单独的文件，然后对其进行拉伸，厚度设置为1mm，最后将曲面实体结构模型一起保存为STEP格式。

3、将第二步骤得到的STEP格式的曲面实体结构模型导入NX软件中，选取曲面实体凹陷处的曲面，利用拉伸功能拉伸曲面使得内部凹陷处被填充。

4、从步骤3中所述填充曲面的边缘选取相互间距离最远的两点连线，形成第一辅助线，再从所述填充曲面的边缘选取距离所述第一辅助线最远的点作垂线，垂足为第一交点，连接第一交点与曲面实体结构模型外侧面最凸出点得到第一直线，将第一直线以第一交点为原点，沿着竖直方向按前倾角的角度进行一次摆动调整，沿着水平方向按外展角的角度进行一次摆动调整，从而得到第二直线，以第二直线作为旋转中心，再通过旋转中心的平面内绘制四分之一圆，最后通过旋转去材得到臼杯内胆面。然后继续利用旋转去材在臼杯内胆面下得到沉头安装孔。

5、对曲面实体结构模型与髋骨三维模型重合的部分进行修剪，并沿曲面实体结构模型的曲面的法向方向拉伸面得到固位结构，然后于固位结构上开安装孔。

6、将最终得到的臼杯模型以STL格式保存，并将其导入Magics软件中进行修复、添加支撑、切片分层等处理。

7、将步骤六模型数据导入3D打印机中，通过选择性激光熔化技术制造出个性化髋臼杯。

8、通过喷砂、抛光、消毒工序后，得到本发明成品。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (4)

1.一种具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，其特征在于，包括步骤：

1)分别获取卧姿时髋骨与股骨的形态数据参数，确认髋骨与股骨相互间的前倾角与外展角，以髋骨的形态数据参数建立髋骨三维模型；

2)对髋骨三维模型进行修复，去除模型中的坏边，标记髋骨的髋臼窝，将标记出的三角面片连接成一个不规则曲面，提取曲面设置成厚度为1mm的曲面实体结构模型；

3)拉伸曲面实体结构模型凹陷处的曲面，使得曲面内部凹陷处被填充；

4)从步骤3中所述填充曲面的边缘选取相互间距离最远的两点连线，形成第一辅助线，再从所述填充曲面的边缘选取距离所述第一辅助线最远的点作垂线，垂足为第一交点，连接第一交点与曲面实体结构模型外侧面最凸出点得到第一直线，根据曲面实体结构模型的前倾角与外展角两个安装角度，将第一直线通过变换得到第二直线，以第二直线作为旋转中心，按旋转中心的平面内绘制四分之一圆进行旋转去材得到臼杯内胆面，然后沿第二直线在臼杯内胆面继续利用旋转去材形成沉头安装孔；

5)对曲面实体结构模型与髋骨三维模型重合的部分进行修剪，并沿曲面实体结构模型的曲面的法向方向拉伸面得到固位结构，然后于固位结构上开安装孔；

6)将步骤5得到的曲面实体结构模型进行修复、添加支撑、切片分层；

7)将步骤6所得模型数据导入3D打印机中，通过选择性激光熔化技术制造出个性化髋臼杯；

步骤4)所述变换是将第一直线以第一交点为原点，沿着竖直方向按前倾角的角度进行一次摆动调整，沿着水平方向按外展角的角度进行一次摆动调整，从而得到第二直线。

2.根据权利要求1所述的具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，其特征在于，步骤7后还包括步骤：

8)制得的性化髋臼杯经过喷砂、抛光和消毒的后处理。

3.根据权利要求1所述的具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，其特征在于，所述髋骨的形态数据参数由CT扫描获得。

4.根据权利要求1所述的具有骨缺损修复功能的个性化髋臼杯制作方法，其特征在于，所述髋骨三维模型和/或曲面实体结构模型的修复步骤由3-maticSTL软件自动修复。