一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法技术

本发明专利技术公开了一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，基于患者CT图像设计、装配修复体；特征在于：存放有医学图像控制系统软件和反求设计软件的计算机将断层图像进行数据分割后，重建患者头部三维原型，依据三维原型设计缺损部位的修复体，3D打印设备获取三维实体模型数据，使用分层软件对实体三维模型数据进行分层处理，获得的层片数据；3D打印控制软件根据层片数据进行逆向反求制造，包括层片打印和层片堆积，最后得到金属假体。

A kind of customized implant preparation method for craniomaxillofacial reconstruction

【技术实现步骤摘要】
一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法
本专利技术涉及用于替代颅颌面骨缺损骨骼的人工假体的制备方法，特别是一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，该方法采用先进制造技术进行个性化的颅颌面骨修复体的加工，产品适用于颅颌面任何部位的由于良性肿瘤、外伤以及其他原因引起的各种骨缺损、骨畸形的修复，实现修复缺损部位的精确定位。
技术介绍
传统的修复方式主要有赝复体、种植赝复体、皮瓣及骨瓣移植的外科修复以及颅颌面骨牵引技术等。以上各种修复方式在术后的形态及功能上均存在一定的弊端，无法达到形态修复及功能恢复。其根本原因在于修复体与患者之间不能达到个体化完全匹配，修复精确度低，在修复体的设计及制造上存在过多人为因素，如与手术者的经验、审美观点有极大的关系。外科医生常要在手术现场对植入体进行弯曲、扭转或修切等操作，以适应不同患者的骨胳外形及尺寸，给手术过程带来了麻烦。而自身骨移植则必然在患者的供区造成新的损伤。因此，为患者提供量身定做的个性化修复体，是提高修复精确性的根本途径，为达此目的，就必须寻找新的制造手段。国际上有少数制造商采取数控加工方法为患者提供了个体定制的金属骨替代物，但受限于刀具尺寸，只适合于形状简单的人工假体的制造，且生产周期很长，如德国ALDLNGER公司研制的人工髋关节以CAD/CAM为核心技术，主要由图像处理、三维重建、匹配设计、CAM等系列单元技术组成，加工手段主要采取数控加工方法，一般需大约一个月时间交货。国内也有单位采用以数控加工为主的方法制造个性化假体，但据我们了解，这种制造方法，只是保证主干尺寸和走向与患者原骨骼匹配，并不能完全保证骨胳外形与患者原骨骼外形全面匹配。对于复杂形体，特别是具有内凹结构的假体，数控加工方法常常束手无策。快速成模后压制钛网成型：中国专利技术专利03156843.2和200410074339.2公开了一种钛合金颅颌面骨修复体的制备方法，该方法将CT扫描的颅颌面骨缺损图像进行三维重建，然后利用快速原型系统制作修复体模型，最后比照模型压制钛网修复体。该方法虽然能够制作较准确的修复体模型，但是，由于是将钛网比照修复体模型进行压制而制作修复体，因此对结构很复杂的缺损难以制作出贴合的修复体，同时如果是较大的缺损面或力学要求较高的部位，钛网的强度无法满足要求，不能用来做大的颅颌面骨或力学要求较高的部位缺损的修复。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述修复体加工存在的问题，提供了一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，所制作的修复体实现个性化的精确塑造，能够对各种形态、大小的颅颌面骨缺损实现精确贴合，而且能保证优良的力学性能。采用的技术方案是：一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，包括以下步骤：步骤一：获取颅颌面骨原型的三维数据：利用X光片或CT扫描获取患者颅颌面骨图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存，存放到通用的医学图像控制系统软件的计算机从存储介质读入颅颌面骨图像数据；步骤二：颅颌面骨原型三维重建，对CT图像中的颅颌面骨断层图像数据进行处理，包括滤波、降糙—灰度图像二值化—轮廓提取—矢量化三维建模，以STL格式输出颅颌面骨原型的三维模型数据；步骤三：依据颅颌面骨原型设计缺损部位的三维实体修复体：(1)先在重建的三维图像上，骨缺损边缘2cm范围内定点，得到待修复区域的边界轮廓点；(2)使用计算机中的反求软件对轮廓点进行三角剖分，形成过渡曲面模型数据；(3)所述反求软件对过渡曲面数据进行曲面重建，包括曲线拟合、曲面拟合、曲面拼接和特征造型，并以IGES格式输出NURBS曲面模型数据；(4)通过CAD/CAM软件对所述NURBS曲面模型数据进行三维实体重构，包括曲线修复、曲面修复和三维实体造型，以STL格式输出三维实体模型数据；步骤四：3D打印设备获取三维实体模型数据，使用分层软件对实体三维模型数据进行分层处理，获得的层片数据；步骤五：3D打印控制软件根据层片数据进行逆向反求制造，包括层片打印和层片堆积，最后得到金属假体。进一步地，在上述步骤三中还包括对修复件固定孔的设计，具体过程为在设计过程中先参考临床意见，对每个孔的位置定标，进而分析加孔修复件力学特性，对孔的位置进行适当的调整，再考虑临床适应性，经多次反复调整，使得固定孔的位置既符合临床的需要，又能保证修复件自身的力学特性。进一步地，上述步骤五中3D打印机所用材料可为钴铭合金、不锈钢、钛合金、高温合金及磨具钢中的任意一种。与现有技术相比：在本专利技术中修复件的设计步骤中，采用了反求设计方法，采用该技术能够使得计算机设计的修复件能够完整覆盖各种复杂的缺损部位，并与缺损部位四周完美贴合，术中无需塑形直接植入固定，钛合金修复体表面光滑，曲度及边缘与缺损区吻合良好；通过3D打印设备获取三维实体模型数据，使用分层软件对实体三维模型数据进行分层处理，获得的层片数据，控制软件根据层片数据进行逆向反求制造，包括层片打印和层片堆积，最后得到金属假体，无需复杂传统精铸工艺或任何磨具，直接将理论设计转化为实体，提高了制作假体的效率。附图说明图1为本专利技术提供的一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法的流程框图；图2为本专利技术提供的一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法的金属假体的后处理流程框图；图3为本专利技术提供的一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法的对修复件固定孔的设计流程图；图4为本专利技术提供的一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法的三维重建软件的流程图；图5为本专利技术实施例1的右半侧缺损的下颌骨的三维图；图6为本专利技术实施例2的左半侧缺损的下颌骨的三维图；图7为本专利技术实施例3的缺损左上颌骨的三维图；图8为本专利技术实施例4的缺损额骨的三维图。具体实施方式下面针对附图对本专利技术做进一步的说明。参照图1、2、3、4所示，本专利技术具体公开了一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，包括以下步骤：步骤一：获取颅颌面骨原型的三维数据：利用X光片或CT扫描获取患者颅颌面骨图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存，存放到通用的医学图像控制系统软件的计算机从存储介质读入颅颌面骨图像数据；步骤二：颅颌面骨原型三维重建，对CT图像中的颅颌面骨断层图像数据进行处理，包括滤波、降糙—灰度图像二值化—轮廓提取—矢量化三维建模，以STL格式输出颅颌面骨原型的三维模型数据；步骤三：依据下颌骨原型设计缺损部位的三维实体修复体：(1)先在重建的三维图像上，骨缺损边缘2cm范围内定点，得到待修复区域的边界轮廓点；(2)使用计算机中的反求软件对轮廓点进行三角剖分，形成过渡曲面模型数据；(3)所述反求软件对过渡曲面数据进行曲面重建，包括曲线拟合、曲面拟合、曲面拼接和特征造型，并以IGES格式输出NURBS曲面模型数据；...

【技术保护点】
1.一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：获取颅颌面骨原型的三维数据：利用X光片或CT扫描获取患者颅颌面骨图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存，存放到通用的医学图像控制系统软件的计算机从存储介质读入颅颌面骨图像数据；/n步骤二：颅颌面骨原型三维重建，对CT图像中的颅颌面骨断层图像数据进行处理，包括滤波、降糙—灰度图像二值化—轮廓提取—矢量化三维建模，以STL格式输出颅颌面骨原型的三维模型数据；/n步骤三：依据颅颌面骨原型设计缺损部位的三维实体修复体：/n(1)先在重建的三维图像上，骨缺损边缘2cm范围内定点，得到待修复区域的边界轮廓点；/n(2)使用计算机中的反求软件对轮廓点进行三角剖分，形成过渡曲面模型数据；/n(3)所述反求软件对过渡曲面数据进行曲面重建，包括曲线拟合、曲面拟合、曲面拼接和特征造型，并以IGES格式输出NURBS曲面模型数据；/n(4)通过CAD/CAM软件对所述NURBS曲面模型数据进行三维实体重构，包括曲线修复、曲面修复和三维实体造型，以STL格式输出三维实体模型数据；/n步骤四：3D打印设备获取三维实体模型数据，使用分层软件对实体三维模型数据进行分层处理，获得的层片数据；/n步骤五：3D打印控制软件根据层片数据进行逆向反求制造，包括层片打印和层片堆积，最后得到金属假体。/n...

【技术特征摘要】
1.一种个性化定制型颅颌面骨外科修复重建植入物制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：获取颅颌面骨原型的三维数据：利用X光片或CT扫描获取患者颅颌面骨图像数据，将数据用标准DICOM格式记录成光盘文件保存，存放到通用的医学图像控制系统软件的计算机从存储介质读入颅颌面骨图像数据；
步骤二：颅颌面骨原型三维重建，对CT图像中的颅颌面骨断层图像数据进行处理，包括滤波、降糙—灰度图像二值化—轮廓提取—矢量化三维建模，以STL格式输出颅颌面骨原型的三维模型数据；
步骤三：依据颅颌面骨原型设计缺损部位的三维实体修复体：
(1)先在重建的三维图像上，骨缺损边缘2cm范围内定点，得到待修复区域的边界轮廓点；
(2)使用计算机中的反求软件对轮廓点进行三角剖分，形成过渡曲面模型数据；
(3)所述反求软件对过渡曲面数据进行曲面重建，包括曲线拟合、曲面拟合、曲面拼接和特征造型，并以IGES格式输出NURBS曲面模型数据；
(4)通过CAD/CAM软件对...

【专利技术属性】
技术研发人员：康柱，郑力铭，佘淮滨，
申请(专利权)人：西安科智骨医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61