[发明专利]一种基于3D打印技术的畸形膝关节骨骼模型制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具有鲜明的医工结合特色，具体是一种在膝关节手术前基于3D打印技术制作畸形膝关节骨骼模型的方法。

背景技术

骨关节炎(osteoarthritis,OA)，又名骨关节病(osteoarthrosis)，是一种常见的风湿性疾病。骨关节炎影响老年患者的行走、上下楼梯及其他下肢功能，部分严重地导致关节功能障碍、关节畸形，甚至导致残疾。严重的骨关节炎患者，需要进行膝关节手术来治疗。

传统膝关节手术之前，术者会通过CT和MIR获得病人的影像数据，在二维影像上进行术前的设计和规划。但二维影像还原患者实际病症的能力有限，存在很多不确定因素，使最初的手术规划不适合甚至不能完成手术，那么术者就必须在手术进行中重新进行设计规划。这样不仅会增加手术时间，增大手术风险，还会降低手术的成功率，更会对患者的身体造成极大的损伤。

传统的骨骼模型都是通用型指导教学的模型，并不适合情况复杂多样的手术规划和预演，而且传统骨骼模型的制作方法也过于繁复，耗时较长，不能尽快的为术者提供可靠的个性化三维实物模型辅助手术进行。

发明内容

有鉴于此，本发明针对上述问题，提出了一种基于3D打印技术的畸形膝关节骨骼模型制作方法，具体包括如下步骤：

(1)对患者进行连续断层CT扫描，扫描部位为上至股骨远端关节面160mm左右，下至股骨远端关节面50mm左右；

(2)将获得的影像数据文件导入到交互式医学图像处理软件Mimics中，以无损压缩方式输入，对图像进行二值化和区域增长处理，分割出股骨和胫骨蒙板；

(3)髌骨与胫骨在关节面处有较大的粘连，需要对蒙板在关节面附近进行手动编辑，分割后再利用区域增长与布尔运算分离出单独的股骨蒙板和胫骨蒙板；

(4)对股骨蒙板和胫骨蒙板进行空腔充填处理，用二进制格式输出结构完整的病理骨骼模型；

(5)将模型数据导入到逆向工程软件Geomagic studio 2013中，进行多边形处理和精确曲面处理，完成NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)曲面的处理，得到三维病理骨骼数据；

(6)采用熔融堆积成型FDM(Fused Deposition Modeling FDM)的方式3D打印出比例为1:1的病理骨骼型。

步骤(1)中，所述的CT扫描电压是130KV，扫描电流是300mA，扫描层厚是1mm，扫描层间距是1mm，图像分辨率是512px*512px。

步骤(2)中，所述的影像数据格式为DICOM 3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine 3.0,DICOM 3.0)。

步骤(4)和步骤(5)中，所述的病理骨骼模型数据是STL格式(Standard Template Library,STL)。

步骤(6)中，所述的打印材料是高分子材料PLA(Polylactic Acid,PLA)，其机械性能和物理性能良好。

本发明的有益效果是：

(1)利用CT扫描数据，建立三维CAD模型，1:1比例3D打印出病理骨骼模型，让术者更加直观地观察和了解患者的病况，提高与患者的沟通效果，对手术过程进行最佳规划，个性化定制最佳的手术方案，减少手术时间，降低手术风险，提高手术的成功率；

(2)1:1比例3D打印病理骨骼模型可以和膝关节手术中的手术器械、关节假体进行匹配，选择最佳的器械和假体；

(3)3D打印材料PLA是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米)所提出的淀粉原料制成，具有良好的生物可降解性，使用后在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，是公认的环境友好型材料；

(4)本方法可以举一反三应用到其它骨骼模型的制作上，对各种骨骼手术的术前规划预演都有积极的意义。

附图内容

图1是本发明方法流程图；

图2是FDM打印参数设置图；

图3是3D打印病理股骨远端实物模型图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明基于3D打印的畸形膝关节骨骼模型制作方法：

1.对患者进行连续断层CT扫描，扫描体位为患者仰卧位并自然平躺，膝关节自然伸直，髌骨指向正上方，防止旋转造成的误差，扫描部位为上至股骨远端关节面160mm左右，下至股骨远端关节面50mm左右；