[发明专利]基于3D打印技术的个性化仿生脊椎系统的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种全脊椎体切除术后，脊柱稳定性的重建的技术方法，特别适用于应用CT三维重建、计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）和3D打印等数字技术的脊椎柱3D仿生打印方法。

背景技术

脊柱结核、肿瘤、囊肿、创伤常引起脊柱椎体的严重破坏，临床上患者常表现为病变部位难治性的疼痛，严重者甚至出现骨折、截瘫的可能。通过全椎体切除术是去除病椎、缓解疼痛、进行脊髓减压，是目前治疗脊柱椎体严重破坏的主要方式。全椎体切除后椎体稳定性的重建也是一个非常关键的问题。长期以来人工椎体、钛网、自体骨、异体骨、骨水泥联合前路钢板和（或）后路椎弓根系统是重建脊柱稳定性的主要方式。无论采取何种方式替代病变的椎体，传统的术式都需对病灶进行彻底的清创并选择适合患者个体的替代物，这一过程延长了手术时间，增加了术中的出血量，加大了术中感染的可能，对年老患者尚有引发心肺肝肾的基础疾病威胁生命的可能。同时全椎体切除术及椎体重建需要8-15万不等高昂的医疗费用。大量的统计资料显示，脊柱肿瘤占全身骨肿瘤发病率的8%，脊柱结核占骨结核发病率的50%，创伤所致的脊柱骨折占骨折的5%-6%，在我国每年都有大量的病人因椎体的破坏需要进行全椎体的置换，对患者及整个社会都是沉重的经济负担。长期以来，椎体间替代物概括起来主要有三种：填充型（骨水泥）、支撑型（钛网）及支撑固定性（人工椎体），大量的临床资料显示采取以上替代物重建脊柱的稳定性都是行之有效的办法^[6-10]。然而无论采取何种替代物，由于缺乏符合患者个性化的替代椎，都需要外科医生在术中对病变节段进行测量从而设计出符合患者个体化的替代椎，这大大的增加了手术的难度，增加了手术的时间、术中出血量甚至各种并发症的发生率。同时，钛网和人工椎体还必须依赖于工厂的批量生产，具有时间性和空间性的限制。临床上迫切需求一种符合患者个性化的椎体能协助外科医师快速、安全、准确而又行之有效解决问题。

本发明的目的就是利用CT三维重建、计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）和3D打印等数字技术，术前通过对脊柱的三维重建，全面的了解疾病情况，运用计算机辅助技术输出信息，选择适合患者疾病的材料利用3D打印技术快速的打印出符合患者的个性化椎体。

发明内容

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：本发明的基于3D打印技术的个性化仿生脊椎系统的制备方法，其特征在于对个性化脊椎进行CT机扫描、数据采集，将CT扫描断层数据以Dicom格式输出，经3D计算建立脊椎柱三维模型, 以STL格式输出到3D打印机，用熔点1668±4℃的钛金属打印材料，塑形成蜂窝状多孔的仿生脊椎，所述仿生脊椎蜂窝状的空隙大小为100um。

本发明所述CT机对患者病变脊椎及邻近节段解剖结构进行连续断层扫描获得其Dicom医学数字图像标准数据。所述CT机扫描参数：扫描层厚为 1mm，电压120kV。所述CT扫描机的断层数据以Dicom格式导出，输入Mimics10.01软件，经图像定位，阈值分割，动态分割，每层图像经选择性编辑和漏洞处理，去除冗余数据，平滑处理，最后经3D计算建立包含病脊椎邻近解剖结构的三维模型输出。

本发明所述3D计算采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）对病变及邻近节段脊椎进行数据采集与三位重建。

本发明与现技术相比，不仅术前可以帮助医生更好的观察病变部位，制定更为合理的手术方案，帮助缺乏相关医疗知识的患者及家属了解病情获得知情同意，也可以在术中直接利用术前已制备好的个性化椎体替代病椎，从而大大的缩短手术时间，减少术中出血、降低术中各种并发症的发生率。与传统替代椎体依赖工厂批量生产相比，3D打印可以在医院自己的设备中心快速打印，耗时短，打破了时间与空间的限制。同时，医生可根据患者的病情、经济状况选择适合患者个体的材料进行3D打印。总体来说：在现代影像学技术与计算机辅助技术的基础上，利用3D打印制备个性化椎体具有显著的社会和临床效益。

具体实施方式