一种钛合金颅骨修复体制备方法，是由ＣＴ机采集头部断层图像，再将断层图像输入计算机中进行数据处理，本发明专利技术的特征在于：存放有通用图象处理软件的计算机将断层图像进行数据分割后，重建头部缺损部位的三维修复体，然后将设计好的修复体曲面分别读入多点成形系统和快速原型系统压制钛网板和制作修复体薄片模型，最后经贴合对比裁减钛网板形成最终修复体。本发明专利技术的具体方法步骤为： （１）采用图像扫描机－ＣＴ或磁共振成像机－ＭＲＩ采集患者头部断层图像； （２）将采集到的ＣＴ图像以ｄｉｃｏｍ文件格式、存储到移动硬盘或可刻录光盘存储介质上； （３）存放有通用的医学图象控制系统软件（Ｍｉｍｉｃｓ）的计算机从存储介质读入ＣＴ图像，分割提取颅骨图像； （４）重建颅骨三维原型，根据通用的医学图象控制系统软件（Ｍｉｍｉｃｓ）的三维区域增长步骤，首先选取分割后颅骨图像的任一象素点，则与此象素点连接的三维区域均被临时记录下来，然后按计算机存储时的通常方式，指定输出文件的路径、文件名以及ＳＴＬ存储文件格式，存放有Ｍｉｍｉｃｓ软件的计算机自动完成颅骨原型的三维重建； （５）依据颅骨原型设计缺损部位的三维修复体，具体方法为： ａ装有通用曲面造型软件（Ｓｕｒｆａｃｅｒ）的计算机，读入颅骨的三维原型数据； ｂ调整颅骨原型的位置； ｃ按软件的三维曲线生成步骤，确定缺损部位的最终修复体的边界曲线； ｄ利用通用曲面造型软件（Ｓｕｒｆａｃｅｒ）中的处理技术，即软件框选提取点步骤，软件取截面点云步骤，软件生成曲线步骤，软件生成曲面步骤，设计修复体曲面、虚拟装配修复体曲面和颅骨原型后，再按软件中裁减步骤，裁减曲面得到最终修复体曲面，将修复体曲面存储为ｉｇｅｓ文件格式，同时按软件中曲面偏置步骤，偏置修复体曲面２ｍｍ，形成壳体，存储为ｓｔｌ文件格式； （６）一方面将修复体曲面ｉｇｅｓ文件输入到多点成形系统设备中，加压制作颅骨修复体钛网板；另一方面将修复体壳体ＳＴＬ文件输入到快速原型系统，用ＡＢＳ材料叠加制造修复体壳体模型； （７）将制作好的修复体壳体模型与压制好的钛网板贴合比较，沿修复体模型的边界裁减钛网板，形成最终钛网板修复体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
，主要应用于脑神经外科颅骨修复、医学整形、整容等领域。
技术介绍
颅骨修复是脑神经外科、医学整形整容等常见的外科手术，所采用的材料主要有硅橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、好颅比和钛合金网板。其中钛合金网板以其良好的生物相容性、无毒性和高强度而获得广泛的临床应用。但钛金属板目前的制备工艺要么塑形困难、要么制作费用高周期长，严重限制了其普及应用。目前主要有以下三种制备工艺(1)手工塑形这是国内普遍采用的塑形手段，医生根据患者缺损部位的外观形状和自身经验，手工预制出修复体的大致形状，手术时，与患者暴露的颅骨进行比较，再手工反复修形，最后消毒完成手术。(2)模具压制这是国外采用的塑形手段，首先利用数控机床加工出修复体冲压模具，然后在压力机上利用模具压制修复体，最后裁减消毒完成手术。(3)铸造成形首先利用快速原型技术制备出修复体的蜡模型，采用失蜡铸造的方法铸造钛合金，然后在钛合金修复体上钻安装孔及生长孔，最后消毒完成手术。以上三种工艺存在如下一些问题，限制了钛金属的应用或影响了手术的质量(1)手工塑形劳动强度大，精度差，预先塑形由于得不到颅骨的真实形状，存在塑形盲区；另外为便于塑形，常常采用低强度钛金属板作为修复体，这给患者术后的安全埋下了隐患；(2)模具压制在一定程度上具有一定的先进性，减轻了医生的劳动强度。但其制作周期长、费用高(国外一般100000RMB一例)，况且模具固定后，无法解决修复体压制后产生的回弹问题，从而对修复体的配合精度产生影响。(3)铸造法解决了修复体的精度问题，但工艺复杂成本高，钛合金在铸造过程中会产生氧化，且修复体厚度不能太薄，否则不能铸造。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出了一套用于钛合金修复体制备的新的技术方案首先基于患者CT图像设计、装配修复体，确保修复体边缘与缺损部位边缘重叠区贴合良好；然后基于修复体三维数学模型，采用多点成形技术快速压制修复体，同时可利用多点技术的柔性特点反复压制修复体解决修复体的回弹问题。本专利技术的技术思路为(1)用螺旋CT机实现患者头部数据采集，存储到移动硬盘或刻录到光盘等存储介质，文件格式为dicom；(2)将CT图像读入计算机图像处理软件系统，分割颅骨数据，重建颅骨三维原型；(3)基于颅骨三维原型设计修复体曲面；(4)将修复体曲面读入多点成形系统，压制钛合金网板；(5)利用快速原型系统制作修复体薄片模型；(6)贴合对比修复体模型和压制后的钛网板，裁减钛网板形成最终钛网板修复体。本专利技术技术方案参见图1、图2、图3。这种基于图象处理、逆向工程、多点成形和快速原型技术的钛合金修复体制造方法，是由螺旋CT机采集患者头部断层图像，再将断层图像输入计算机进行数据处理，本专利技术的特征在于存放有通用图象处理软件的计算机将断层图像进行数据分割后，重建头部三维原型，依据三维原型设计缺损部位的修复体，然后将设计好的修复体曲面分别导入多点成形系统和快速原型系统压制钛网板和制作修复体薄片模型，最后经贴合对比裁减钛网板形成最终修复体；本专利技术的具体方法步骤为(1)采用计算机断层图像扫描机-CT或磁共振成像机-MRI采集患者头部断层图像，根据患者颅骨缺损的位置设定扫描层的间距，扫描间距设定为2-3mm； (2)将采集到的CT图像以医学数字成像标准(dicom)文件格式、存储到移动硬盘或可刻录光盘存储介质上；(3)存放有通用的医学图象控制系统软件(Mimics)的计算机从存储介质读入CT图像，分割提取颅骨图像；在Mimics软件的分割步骤，设定颅骨象素点的最小灰度级为1250，最大灰度级为l，其中l为CT图像中颅骨的最大灰度级，通常取l＝4095，分割出的颅骨象素S为S＝{P|1250＜VP＜l}其中S为颅骨象素点集，P为象素点，VP为p象素点灰度级，l为图像最大灰度级；(4)重建颅骨三维原型，根据通用的医学图象控制系统软件(Mimics)的三维区域增长步骤，首先选取分割后颅骨图像的任一象素点，则与此象素点连接的三维区域均被临时记录下来，然后按计算机存储时的通常方式，指定输出文件的路径、文件名以及存储格式，存放有Mimics软件的计算机自动完成颅骨原型的三维模型重建，文件输出格式为STL；(5)依据重建的颅骨三维原型设计缺损部位的修复体，具体方法为a装有通用曲面造型软件(Surfacer)的计算机，读入颅骨的三维原型数据；b调整颅骨原型的位置；c按软件的三维曲线生成步骤，确定缺损部位的最终修复体的边界曲线；d利用通用曲面造型软件(Surfacer)中的处理技术，即软件框选提取点步骤，软件取截面点云步骤，软件生成曲线步骤，软件生成曲面步骤，虚拟装配修复体曲面和颅骨原型后，再按软件中裁减步骤，裁减曲面得到最终修复体曲面，修复体曲面设计后存储为iges文件格式，同时按软件中曲面偏置步骤，偏置修复体曲面2mm，形成壳体，存储为STL文件格式；(6)一方面将修复体曲面iges文件输入到多点成形系统设备中，加压制作钛网板颅骨修复体。多点成形是金属板材三维曲面成形的新技术，其原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体(或称冲头)。在传统模具成型中，板材由模具曲面来成型，而多点成形中则由基本体群冲头构成要求的包络面(或成形曲面)来完成。压制具体步骤为a读入修复体曲面到多点成形系统中；b调整修复体在控制软件坐标系中的位置，使之沿z轴方向尺寸最小，即使成形深度最小；c根据曲面的形状自动调整各个冲头的行程，形成成形包络面；d加入钛网板，加压保压成形。另一方面将修复体壳体STL文件输入到快速原型系统，制成修复体壳体模型。修复体是从方形毛坯板压制而成，要获得手术使用的修复体必须进行裁减。由于修复体曲面没有明显的便于确认的边界特征，裁减所利用的边界又是一条空间曲线，所以很难直接裁减出所需要的形状。本专利技术采用实物对比法圆满的解决了这个问题，具体过程如下a读入修复体壳体文件(STL文件)到快速原型系统，快速成形是基于材料堆积思想新的三维零件成形工艺，其基本原理是首先将三维模型离散成一定厚度的二维轮廓，然后逐层叠加制造形成三维零件；b对壳体模型进行分层，分层厚度为0.15mm，存储为cli文件格式；c利用分层文件驱动快速原型控制系统，逐层叠加制造，形成修复体壳体模型；(7)将制作好的修复体壳体模型与压制好的钛网板贴合比较，直至二者完全贴合(参见附图8)，沿修复体模型的边界裁减钛网板，形成最终钛网板修复体(参见附图9)。本专利技术依据颅骨的三维原型设计修复体，关键是修复体边缘与颅骨缺损部位边缘贴合良好。修复体边缘要将缺损部位周围覆盖1-1.5厘米用于钛钉固定。贴合良好能够保证修复体与颅骨的接触面积，增加手术的成功率和患者术后的舒适度。根据患者颅骨的缺损情况，确定两种不同的设计方法方法一若当患者颅骨为一侧缺损，另一侧完好，可采用镜像法，利用另一侧健康数据设计修复体，其步骤为 a装有通用曲面造型软件(Surfacer)的计算机读入颅骨三维原型；b调整三维原型的位置，使原型的对称面与YZ坐标平面重合，参见附图4。具体方法是首先在颅骨对称面位置选取三点生成平面1，然后在YZ坐标平面生成平面2，将三维原型与平面1组合为一体，按软件系统中的对齐步骤，移动组合体使平面1与平面2重合，完成位置调整。调整后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李彦生，杨文通，褚国民，费仁元，韩景芸，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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