个性化颌骨手术导板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种个性化颌骨手术导板及其制造方法。所述制造方法包括如下步骤：利用CT扫描进行逆向建模，然后以Unigraphics NX进行正向辅助建模，精确修补手术导板模型，再利用有限元分析方法对手术导板模型进行模拟分析，根据所得分析结果进行模型的优化设计，使其满足手术导板材料的属性；将满足手术导板材料的属性的手术导板模型进行三维切片分层处理，并采用选择性激光熔化设备，合理控制其参数，成型即得所述个性化颌骨手术导板。该制造方法，有效保证了颌骨手术导板受力方向与大小的准确性和成型的精确性，制造所得个性化颌骨手术导板可较现有技术更为精确的契合患者的颌骨特征，不对患者的容貌或身体造成二次伤害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学工程
，特别是涉及一种个性化颂骨手术导板及其制 造方法。
技术介绍
颂骨、颧骨是人容貌的支撑骨头，对人的容貌影响很大。如果颧骨或颂骨在事故中 受到伤害，修复需要用到手术导板，作为支撑或者作为固定等。在修复过程中，不同人的外 貌特征是不一样的，受伤程度也是不一致的。由此可知，导板的制造应该是个性化的设计。 在传统的工艺中，底板的制作有金属（如纯钛等），也有非金属材料的。但在实现个性化、高 精度等方面却仍有不足。由于手术导板要与骨头连接，如果力学性能差异比较大的话会导 致手术导板松动，失去其功能。 现有技术中常规的手术导板制造，多采用CNC机加工而成，或者先制造石膏与塑 料模型，再采用金属浇注而成，精度低，机械强度不大，效率也较低。 也有现有技术公开利用CT扫描、建模软件以及立体光固化成型法（SLA)等技术根 据扫描得到的患者患牙的牙位、形状等，并根据该结果建模设计个性化颂骨手术导板，再通 过SLA成型得到更具个性化的颂骨手术导板。然而仅依据CT扫描结果设计建立颂骨手术 导板模型，无法很好的保证颂骨手术导板受力方向与大小的准确性，且采用SLA成型，制作 精度也难以控制，因此还是存在契合度较低的缺陷，影响患者的容貌，以及使用的效果和舒 适性。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种个性化颂骨手术导板的制造方法。 -种个性化颂骨手术导板的制造方法，包括如下步骤： (1)逆向建模：对患者的颂骨进行CT扫描，获得患者的受损颂骨模型，在计算机上 对所述受损颂骨模型进行修复（可具体包括骨头复位，缺损补齐等），并相应设计手术导板 模型； ⑵正向建模：采用UnigraphicsNX对步骤⑴所述手术导板模型进行辅助建模， 精确修补所述手术导板模型； (3)利用有限元分析方法对步骤（2)所述精确修补后的手术导板模型进行模拟分 析，得到有限元应力分析结果； (4)分析所述有限元应力分析结果是否满足手术导板材料的属性：如满足则进行 下一步骤，如不满足则依据所述有限元应力分析结果中的奇点值对所述手术导板模型进行 优化设计，重复步骤（3)至手术导板模型的有限元应力分析结果满足手术导板材料的属 性； (5)将满足手术导板材料的属性的手术导板模型进行三维切片分层处理，并生成 相应的路径文件； (6)依据步骤（5)所述路径文件，采用选择性激光熔化设备进行成型，即得所述个 性化颂骨手术导板。 在其中一个实施例中，所述手术导板材料为钛粉，步骤（6)所述成型的工艺如下： a?于基板上铺设钛粉，粉层厚度为80-90ym; b.以流量0. 1-lL/min通入氩气，进行激光扫描成型，参数为：扫描速度不大于 15m/s;激光光束直径为80-120ym;重复定位精度为±0. 005mm;成型速度为5-15ccm/h; c.基板下降，下降高度为所述粉层厚度，重复步骤a-b，至成型完毕。 在其中一个实施例中，所述粉层厚度为84-86ym;所述激光光束直径为 100-120ym，成型速度为 9-1lccm/h;氩气流量为 0? 4-0. 5L/min。 在其中一个实施例中，所述钛粉的粒径为30-90um。 在其中一个实施例中，步骤（1)所述对患者的颂骨进行CT扫描之后，运用逆向工 程软件（如Imageware)消除噪点，获得患者的受损颂骨模型。 在其中一个实施例中，步骤（3)所述模拟分析包括静力学分析和/或疲劳分析。 本专利技术还提供所述的个性化颂骨手术导板的制造方法制造得到的个性化颂骨手 术导板。 本专利技术的原理及优点如下： 本专利技术所述个性化颂骨手术导板的制造方法，综合采用CT扫描，UnigraphicsNX 平台，有限元分析以及选择性激光熔化技术（SLM)，全面优化颂骨手术导板模型的构建和 制造，保证颂骨手术导板模型受力方向与大小的准确性和成型的精确性，其过程及原理如 下： (1)首先利用CT扫描进行逆向建模：对患者的颂骨进行CT扫描，获得颂骨受损的 数据，优选为先运用逆向工程软件消除噪点后，进行特征提取，获取受损的颂骨模型，并将 其导入电脑，由医生来对受损的颂骨进行修复，其中包括骨头复位，缺损补齐修复等，所得 手术导板模型可以较好的吻合患者的颂骨特征，以实现患者口腔功能，减少对容貌伤害。 (2)采用UnigraphicsNX三维建模软件，进行计算机辅助设计，对于两个三维模 型构建，模型的特征信息是交互的，使得模型能够相互借鉴，更新和优化，精密构建手术导 板的三维模型，提高手术导板模型对颂骨特征的契合度，使手术导板可以与受损颂骨高度 吻合，实现无间隙的传导力，加速患者的恢复。 (3)再对获得的手术导板模型进行有限元的模拟分析（优选为静力学分析和疲劳 分析），获得手术导板模型各部分的应力结果，分析应力结果是否符合用于制作手术导板的 材料的力学属性（如屈服强度，断裂强度等），如符合则进行下一步骤，如不符合，则可依据 该结果对模型进行调整，重复分析至符合。在所述调整过程中，可选择针对应力分析的奇点 位置进行调整，可提高调整的效率和准确性。此外，根据需要，还可在该过程中实现减小手 术导板模型的应力集中，使其受力的均匀，延长使用寿命，达到修复颂骨、保护口腔的目的。 (4)最后利用选择性激光熔化设备对颂骨手术导板模型进行成型，合理控制成型 的工艺参数，尤其是铺设的粉层厚度、激光光速直径和成型速度等参数，可使成型后的产品 尺寸精度好，表面粗糙度较为理想，且成型效率高，由此精确，高效的实现颂骨手术导板的 成型，完成个性化颂骨手术导板的制造，同时，在该过程中还可以对制作颂骨手术导板的材 料进行回收利用，降低颂骨手术导板的制造成本。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术所述个性化颂骨手术导板的制造方法，综合采用CT扫描，UnigraphicsNX 平台，有限元分析以及选择性激光熔化技术，全面优化颂骨的手术导板模型的构建和制造， 保证构建颂骨手术导板模型受力方向与大小的准确性和成型的精确性，制造所得个性化颂 骨手术导板可较现有技术更为精确的契合患者的颂骨特征，不对患者的容貌或身体造成二 次伤害，提高使用舒适度，延长使用寿命。 此外，该制造方法还能将口腔检查、手术、个性化颂骨手术导板的设计和分析、自 动加工成型等有机结合起来，针对每位患者不同的状态条件设计出最适合病人的个性化手 术导板，并进行最简单和精确的手术植入，实现准确预测手术导板的形态和功能的长期稳 定性。同时，无模制造，降低了制造成本，机械强度好，制造效率高、周期短，可大大缩短新产 品开发时间。【附图说明】 图1为本专利技术所述个性化颂骨手术导板的制造方法的流程图； 图2为实施例1所述逆向建模所得手术导板模型示意图； 图3为有限兀分析的载荷施加不意图； 图4为实施例1所述手术导板模型各部分的有限元分析的应力结果。【具体实施方式】 以下结合具体实施例对本专利技术的个性化颂骨手术导板及其制造方法作进一步详 细的说明。 实施例1 本实施例一种个性化颂骨手术导板的制造方法，包括如下步骤（流程图见图1): (1)逆向建模：对患者的颂骨进行CT扫描，获得颂骨受损的数据，运用Imageware 逆向工程软件消除噪点后，进行特征提取，获取受损的颂骨模型，并将其导入电脑，由医生 来对受损本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种个性化颌骨手术导板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)逆向建模：对患者的颌骨进行CT扫描，获得患者的受损颌骨模型，在计算机上对所述受损颌骨模型进行修复，并相应设计手术导板模型；(2)正向建模：采用Unigraphics NX对步骤(1)所述手术导板模型进行辅助建模，精确修补所述手术导板模型；(3)利用有限元分析方法对步骤(2)所述精确修补后的手术导板模型进行模拟分析，得到有限元应力分析结果；(4)分析所述有限元应力分析结果是否满足手术导板材料的属性：如满足则进行下一步骤，如不满足则依据所述有限元应力分析结果中的奇点值对所述手术导板模型进行优化设计，重复步骤(3)至手术导板模型的有限元应力分析结果满足手术导板材料的属性；(5)将满足手术导板材料的属性的手术导板模型进行三维切片分层处理，并生成相应的路径文件；(6)依据步骤(5)所述路径文件，采用选择性激光熔化设备进行成型，即得所述个性化颌骨手术导板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张弓，彭忠凯，梁济民，罗良维，陈贤帅，张鹏，林天赐，黄达鸿，
申请(专利权)人：广州中国科学院先进技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44