一種基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種假體的制作方法，尤其涉及一種基于三維(3D)打印技術(shù)制作骨科假體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工關(guān)節(jié)置換術(shù)作為一種成熟的治療方法現(xiàn)已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，可以幫助骨關(guān)節(jié)疾病患者有效地減輕關(guān)節(jié)痛苦，重建關(guān)節(jié)功能。目前，保肢治療已成為骨缺損患者的主要治療模式，占90%，而每個患者的關(guān)節(jié)部位的形狀都是獨(dú)特的，因此骨缺損的保肢治療需要個性化的手段。其中，個體化的手術(shù)規(guī)劃及個性化骨缺損假體的設(shè)計(jì)、制造，及術(shù)中個性化骨缺損假體的設(shè)計(jì)、制造，及術(shù)中個性化的準(zhǔn)確安裝是實(shí)現(xiàn)骨缺損患者完美保肢的必需環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種基于3D打印技術(shù)制作骨科用個性化假體的方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，該方法包括如下步驟:
[0006]獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界；
[0007]利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型。
[0008]上述基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法還包括:
[0009]基于獲取的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像，判斷患者關(guān)節(jié)是否存在骨缺損，如果不存在則執(zhí)行利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟，如果存在骨缺損則執(zhí)行設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小并根據(jù)所設(shè)計(jì)的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界的步驟，接著再執(zhí)行利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟。
[0010]上述設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小并根據(jù)所設(shè)計(jì)的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界的步驟進(jìn)一步包括:
[0011]基于獲取的患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分的三維圖像，應(yīng)用最小二乘法生成正中矢狀面，然后再根據(jù)這個正中矢狀面獲得與缺損部位對稱部位的形狀、大小，根據(jù)對稱部位的形狀、大小來確定假體的形狀及尺寸；
[0012]根據(jù)解剖的生物力學(xué)特性優(yōu)化假體的生物學(xué)及生物力學(xué)性能；
[0013]根據(jù)所確定的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界。
[0014]上述獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟進(jìn)一步包括:
[0015]對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，判斷骨質(zhì)邊界，得到感染關(guān)節(jié)的CT斷層圖像；
[0016]運(yùn)用CT容積成像技術(shù)對患者的CT斷層圖像進(jìn)行容積重建；
[0017]利用組織分隔技術(shù)將感興趣區(qū)域的骨骼部分的圖像提取出來；
[0018]利用偽彩技術(shù)，將獲得的圖像以彩色的形式顯示出來。
[0019]上述獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟還包括:對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，結(jié)合分子影像學(xué)方法判斷骨質(zhì)邊界。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案主要的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0021]本發(fā)明的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法制作的假體符合原有關(guān)節(jié)個性化的解剖形態(tài)，可提供有效關(guān)節(jié)式活動，改善患肢的生活質(zhì)量。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所述的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所述的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法在手術(shù)前對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行三維CT掃描然后進(jìn)行三維重建，重建出關(guān)節(jié)假體及周圍骨質(zhì)形態(tài)，利用3D (三維)打印技術(shù)打印出關(guān)節(jié)假體模型，此關(guān)節(jié)假體模型與原有人工關(guān)節(jié)形態(tài)吻合，如果有骨質(zhì)缺損可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
[0025]如圖1所示，實(shí)施例1的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法包括如下步驟:
[0026]首先是獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟，具體過程如下:
[0027]對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，判斷骨質(zhì)邊界，得到感染關(guān)節(jié)的CT薄層容積數(shù)據(jù)，也就是CT斷層圖像。優(yōu)選地，CT掃描獲得的斷層圖像結(jié)合分子影像學(xué)方法能夠更清晰更精確地呈現(xiàn)骨質(zhì)邊界。分子影像學(xué)方法包括彌散成像、波普成像等，可以采用其中彌散成像技術(shù)或者波普成像技術(shù)，也可以采用彌散成像技術(shù)與波普成像技術(shù)的組合。彌散成像是在磁共振成像中.組織的對比度不僅與每個像素內(nèi)組織的Tl、T2弛豫時(shí)間和質(zhì)子密度有關(guān)，還與受檢組織每個像素內(nèi)水分子的彌散有關(guān)，因此彌散成像是根據(jù)測定水分子的彌散運(yùn)動來成像的技術(shù)。波普成像是利用人體的代謝物質(zhì)在MR中的化學(xué)位移來測定分子組成及空間構(gòu)型的一種檢測方法。不同代謝產(chǎn)物的化學(xué)位移不同，反映人體能量代謝的病理生理變化。
[0028]運(yùn)用CT容積成像(CT Viewer Volume 4D)技術(shù)對患者的CT斷層圖像進(jìn)行容積重建，CT容積成像是將二維的CT片上的圖像重建成三維圖像。
[0029]利用組織分隔(Tissue Segmentat1n)技術(shù)將感興趣區(qū)域的骨賂部分的圖像提取出來。在CT圖像中，人體組織例如骨骼、脂肪、脊髓在高分辨率成像下可以根據(jù)其強(qiáng)度不同而呈現(xiàn)出不同的顏色例如白、灰、黑，獲取CT三維圖像，由于感興趣的是骨骼部分，所以需要通過組織分割技術(shù)將感興趣區(qū)域的骨骼部分成像。
[0030]再利用偽彩技術(shù)，將獲得的圖像以彩色的形式顯示出來，獲取感染關(guān)節(jié)的骨骼部分的彩色圖像。偽彩(又稱“B彩”)是一種將黑白圖形或圖像顯示方式轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬@示的方式，原則上可用于所有灰階顯示的超聲圖形或圖像中。
[0031]接著是利用3D(三維)打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟。
[0032]如圖2所示，實(shí)施例2是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上增加兩個步驟，實(shí)施例2的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法包括如下步驟:
[0033]首先是獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟，具體過程與實(shí)施例1中相同。
[0034]然后，基于獲取的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像，判斷患者關(guān)節(jié)是否存在骨缺損，如果不存在則執(zhí)行利用3D(三維)打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟，如果存在骨缺損則執(zhí)行設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小的步驟。
[0035]設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小并根據(jù)所設(shè)計(jì)的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界的步驟，具體過程如下:
[0036]基于獲取的患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分的三維圖像，應(yīng)用最小二乘法生成正中矢狀面，然后再根據(jù)這個正中矢狀面獲得與缺損部位對稱部位的形狀、大小，根據(jù)對稱部位的形狀、大小來確定假體的形狀及尺寸。根據(jù)解剖的生物力學(xué)特性，主要是利用曲線曲面光滑拼接算法、特征曲線識別和曲面平滑處理算法，優(yōu)化假體的生物學(xué)及生物力學(xué)性能，使患者術(shù)后避免疼痛的同時(shí)恢復(fù)骨缺損部位的功能，提高患者的生活質(zhì)量。根據(jù)所確定的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界。
[0037]接著執(zhí)行利用3D(三維)打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟。
[0038]在一個關(guān)節(jié)翻修假體的實(shí)際例子中，翻修關(guān)節(jié)常面臨大量骨缺損，無合適骨質(zhì)和其他材料可提供充填修復(fù)是當(dāng)前關(guān)節(jié)翻修遇到的最大困難，本發(fā)明的基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法如下:
[0039]1、先對翻修骨盆及/或髖、膝關(guān)節(jié)進(jìn)行三維CT掃描重建，層厚1mm，并存儲CT掃描數(shù)據(jù)。
[0040]2、利用存儲的CT掃描數(shù)據(jù)重建病變骨盆或關(guān)節(jié)。根據(jù)骨缺損情況進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)解剖形態(tài)，以適合水泥型髖關(guān)節(jié)或加長軸常規(guī)膝關(guān)節(jié)的置換。
[0041]3、修復(fù)缺損部分用鈦合金或鉭材料打印，屬髖的，其與骨盆結(jié)合部位可設(shè)計(jì)或鉆上骨孔備用；屬股、脛骨的，初期靠水泥與內(nèi)軸，骨和模塊固定，長期均靠骨長入。打印材料經(jīng)環(huán)氧乙烷消毒后發(fā)往醫(yī)療機(jī)構(gòu)供使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界； 利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，其特征在于，還包括: 基于獲取的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像，判斷患者關(guān)節(jié)是否存在骨缺損，如果不存在則執(zhí)行利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟，如果存在骨缺損則執(zhí)行設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小并根據(jù)所設(shè)計(jì)的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界的步驟，接著再執(zhí)行利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，其特征在于，設(shè)計(jì)骨缺損部分的填補(bǔ)部分的形狀大小并根據(jù)所設(shè)計(jì)的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界的步驟進(jìn)一步包括: 基于獲取的患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分的三維圖像，應(yīng)用最小二乘法生成正中矢狀面，然后再根據(jù)這個正中矢狀面獲得與缺損部位對稱部位的形狀、大小，根據(jù)對稱部位的形狀、大小來確定假體的形狀及尺寸； 根據(jù)解剖的生物力學(xué)特性優(yōu)化假體的生物學(xué)及生物力學(xué)性能； 根據(jù)所確定的填補(bǔ)部分的形狀大小調(diào)整骨質(zhì)邊界。
4.如權(quán)利要求1所述的基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，其特征在于，獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟進(jìn)一步包括: 對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，判斷骨質(zhì)邊界，得到感染關(guān)節(jié)的CT斷層圖像； 運(yùn)用CT容積成像技術(shù)對患者的CT斷層圖像進(jìn)行容積重建； 利用組織分隔技術(shù)將感興趣區(qū)域的骨骼部分的圖像提取出來； 利用偽彩技術(shù)，將獲得的圖像以彩色的形式顯示出來。
5.如權(quán)利要求4所述的基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，其特征在于，獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟還包括:對感染關(guān)節(jié)進(jìn)行CT掃描，結(jié)合分子影像學(xué)方法判斷骨質(zhì)邊界。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于三維打印技術(shù)制作骨科假體的方法，該方法包括獲取患者的感染關(guān)節(jié)的骨骼部分三維圖像以及骨質(zhì)邊界的步驟；以及利用三維打印技術(shù)制作患者的感染關(guān)節(jié)的骨模型的步驟。本發(fā)明的基于3D打印技術(shù)制作骨科假體的方法制作的假體符合原有關(guān)節(jié)個性化的解剖形態(tài)，可提供有效關(guān)節(jié)式活動，改善患肢的生活質(zhì)量。
【IPC分類】A61F2-30
【公開號】CN104523354
【申請?zhí)枴緾N201510041207
【發(fā)明人】白金廣, 史春寶, 周一新, 郭盛杰, 唐競, 唐杞衡, 解鳳寶, 徐祥祥
【申請人】北京市春立正達(dá)醫(yī)療器械股份有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月27日