一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法技术方案

本发明专利技术适用于建模打印技术领域，提供了一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统，包括数据获取模块、处理成像模块、识别模块、标记模块、3D打印模块及控制模块，所述数据获取模块的输出端连接所述处理成像模块的输入端，所述处理成像模块的输出端连接所述识别模块的输入端，所述识别模块的输出端连接所述标记模块的输入端，所述标记模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述3D打印模块的输入端。根据CT缺损区域扫描数据结果分析、设计并通过构造模块制造手术导航模板，用以辅助螺钉的植入，充分的手术准备，提高了手术安全性和精确性。了手术安全性和精确性。了手术安全性和精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法


[0001]本专利技术属于建模打印
，尤其涉及一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法。

技术介绍

[0002]3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
[0003]3D打印在医疗上的应用已日渐成熟，尤其是在骨科中的使用，减小了其手术难度和缩短手术时间,增加手术精确性，专利号为CN110522501A的3D打印个性化骨科内植物构建及生物力学优化处理方法，其实现了骨骼模型的快速生成和自动优化，解决了传统方法交互量大、自动化程度低的问题，但其应用缺少了一些术中可用的高效可行性辅助手段，使得方案存在一定的局限性，未能有效发挥3D打印技术在骨科中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，旨在解决3D打印技术无法形成有效可行性辅助手段、存在一定局限性的技术问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统，所述基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统包括数据获取模块、处理成像模块、识别模块、标记模块、3D打印模块及控制模块，所述数据获取模块的输出端连接所述处理成像模块的输入端，所述处理成像模块的输出端连接所述识别模块的输入端，所述识别模块的输出端连接所述标记模块的输入端，所述标记模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述3D打印模块的输入端；
[0006]所述数据获取模块，用于根据CT图像对骨缺损区域的扫描数据进行采集；
[0007]所述处理成像模块，用于将从采集的扫描数据图像进行分割、修订、校正预处理后并最终形成三维模型图像；
[0008]所述识别模块，用于对缺损区域骨骼、整体骨骼及该区域软组织进行识别，并通过图像分析最终用于手术导航模板的构造；
[0009]所述标记模块，用于将识别出的图形进行标记并标以不同的颜色进行区分；
[0010]所述控制模块，用于与打印模块建立数据传输连接并控制打印模块的模型精准打印；
[0011]3D打印模块，用于根据3D打印特性将修复体及三维骨骼物理模型的构造出来。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述识别模块包括软组织识别单元和骨骼识别单
元，所述软组织识别单元，用于将骨骼区域的软组织架构、与骨骼粘连的图像进行识别，将识别后的数据信息传输给标记模块；所述骨骼识别单元，用于扫描区域的整体骨骼、缺损区域骨骼图像进行识别，并将识别后的数据信息传输给标记模块。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述3D打印模块包括定位模块及构造模块，所述定位模块，用于对缺损区域修复体和三维骨骼物理模型进行取点进行构造定位；所述构造模块，用于对缺损区域修复体和三维骨骼物理模型进行构造。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述构造模块包括局部构造单元及整体构造单元，所述局部构造单元，用于对缺损区域修复体进行构造；所述整体构造单元，用于三维骨骼物理模型进行构造。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述处理成像模块包括图像处理单元、图像分割单元、图像分析单元及图像重组单元，所述图像处理单元，用于对采集到的缺损区域骨骼、整体骨骼及该区域的软组织的二维CT图像进行灰度调整、平滑滤波、锐化滤波进行增强处理；所述图像分割单元，用于将经过增强处理后的图像根据损伤程度进行区域分割；所述图像分析单元，用于对扫描数据进行分析，并对分割后的缺损区域加强分析处理获取更加准确的数据信息；所述图像重组单元，用于应用等值面绘制方法对目标数据进行三维重建。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述手术导航模板是通过在术前准备中根据CT扫描图像数据结果分析结合缺损区域加强结果分析、设计构造成，用于辅助螺钉的精准植入。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造方法，所述基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造方法包括如下步骤：
[0018]S1、对缺损区域进行CT断层扫面和对整体骨骼及骨骼区域软组织的扫描，通过CT扫描获得骨缺节段断面图像和整体图像；
[0019]S2、将信息输入计算机，应用Mimics软件通过阈值分割区域增长生成三维图像，经修改、校正，通过标记模块标记并识别骨骼缺损区域及软组织区域用以不同颜色区分，并最终获得打印模型标STL格式数据；
[0020]S3、通过定位模块对识别模块识别并被标记的缺损区域进行精准定位；
[0021]S4、将构造的缺损区域的修复体和三维骨骼模型数据传输至3D打印模块，通过控制模块控制3D打印机进行三维骨骼模型的打印，运用可粘合材料，通过构造模块逐层打印的方式来构造修复体；运用普通实验材料，将CT扫描的整体骨骼图像信息和软组织图像信息来构造三维骨骼物理模型和手术导航模板；
[0022]S5、对获得的三维骨骼物理模型进行术前操作，其操作过程中包括模拟截骨、设计截取线和确定螺钉轨迹；
[0023]S6、运用手术导航模板进行固定、限位，选择术前选择的最佳进钉点、螺钉的长度及直径，并运用修复体替换缺损区域骨骼，完成整个修复过程。
[0024]本专利技术的进一步技术方案是：所述S4中得到的三维骨骼物理模型，用来观察患者的骨质情况及骨缺损的具体部位，通过收集数据及数据分析，可以在术前对模型进行模拟截骨，设计截取线和确定螺钉轨迹。
[0025]本专利技术的进一步技术方案是：所述S4中修复体截面为骨水泥连接。
[0026]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤S1中CT断层扫描数据以DICOM格式进行保存。
[0027]本专利技术的有益效果是：根据CT缺损区域扫描数据结果分析、设计并通过构造模块制造手术导航模板，用以辅助螺钉的植入，充分的手术准备，提高了手术安全性和精确性。
[0028]该专利技术，通过设置图像处理模块对二维CT图像进行灰度调整、平滑滤波、锐化滤波等增强处理，且重组后的三维图像为剖切、透明等显示,以便观察到骨骼的内部结构，手术导航模板和修复体的精确性将会直接影响到手术的安全性和精确性，增强处理后的影像，并通过标记模块用予不同颜色来区分标记使得可以更好的对其进行分析、设计并构造出手术导航模板及修复体，提高了精确性。
[0029]该专利技术，通过在3D打印单元中设置有定位模块，能够通过收集数据及数据分析，来对模型进行模拟截骨、设计截取线及确定螺钉轨迹，同时构造的手术导航模板在术中可精确定位修复体植入部位，能够在很大程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，其特征在于，所述基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统包括数据获取模块、处理成像模块、识别模块、标记模块、3D打印模块及控制模块，所述数据获取模块的输出端连接所述处理成像模块的输入端，所述处理成像模块的输出端连接所述识别模块的输入端，所述识别模块的输出端连接所述标记模块的输入端，所述标记模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述3D打印模块的输入端；所述数据获取模块，用于根据CT图像对骨缺损区域的扫描数据进行采集；所述处理成像模块，用于将从采集的扫描数据图像进行分割、修订、校正预处理后并最终形成三维模型图像；所述识别模块，用于对缺损区域骨骼、整体骨骼及该区域软组织进行识别，并通过图像分析最终用于手术导航模板的构造；所述标记模块，用于将识别出的图形进行标记并标以不同的颜色进行区分；所述控制模块，用于与打印模块建立数据传输连接并控制打印模块的模型精准打印；3D打印模块，用于根据3D打印特性将修复体及三维骨骼物理模型的构造出来。2.根据权利要求1所述的基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，其特征在于，所述识别模块包括软组织识别单元和骨骼识别单元，所述软组织识别单元，用于将骨骼区域的软组织架构、与骨骼粘连的图像进行识别，将识别后的数据信息传输给标记模块；所述骨骼识别单元，用于扫描区域的整体骨骼、缺损区域骨骼图像进行识别，并将识别后的数据信息传输给标记模块。3.根据权利要求1或2所述的基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，其特征在于，所述3D打印模块包括定位模块及构造模块，所述定位模块，用于对缺损区域修复体和三维骨骼物理模型进行取点进行构造定位；所述构造模块，用于对缺损区域修复体和三维骨骼物理模型进行构造。4.根据权利要求3所述的基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，其特征在于，所述构造模块包括局部构造单元及整体构造单元，所述局部构造单元，用于对缺损区域修复体进行构造；所述整体构造单元，用于三维骨骼物理模型进行构造。5.根据权利要求4所述的基于3D打印在骨缺损修复中的建模构造系统及方法，其特征在于，所述处理成像模块包括图像处理单元、图像分割单元、图像分析单元及图像重组单元，所述图像处理单元，用于对采集到的缺损区域骨骼、整体骨骼及该区域的软组织的二维CT图...

【专利技术属性】
技术研发人员：申明奎，王露露，徐创业，高祎，邬玉兰，李思敬，冯丽，裴国献，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：