[发明专利]具有多孔结构的距骨局部修复体及其设计制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及修复假体的设计和加工领域，具体涉及一种具有多孔结构的距骨局部修复体的个性化逆向设计与制造方法。

背景技术

距骨在人体足部的生物力学具有重要的作用，人的体重从胫骨通过距骨传至足骨，而且人在足部运动时，腓骨肌产生的应力也作用于距骨上。另外，距骨构成的足纵弓顶，可通过拱形吸收来自地面的震荡。其生物力学运动复杂，且在人体运动中起至关重要的作用。而距骨的局部坏死往往会造成严重的后果，因为其是潜行性的，若由局部坏死扩散至距骨其他部位，则导致骨内结构大量破坏而极难治愈。因此，对于距骨的局部坏死的早期治疗非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多孔结构的距骨局部修复体的个性化逆向设计与制造方法，作为距骨局部坏死的早期治疗方案，设计一种具有生物相容性的多孔距骨局部修复假体，以促进距骨内部的骨细胞愈合与运动曲面的功能重建。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

本发明一种具有多孔结构的距骨局部修复体，包括距骨局部修复体本体，所述距骨局部修复体本体的曲面与原距骨的滑车关节面贴合，所述距骨局部修复体本体的边缘设有用混接曲面方法将距骨局部修复体本体的两次偏置的曲面进行缝合所获得的一个多孔网格结构，所述多孔网格结构为八面体多孔结构；所述距骨局部修复体本体上设有固定钉。

作为优选的技术方案，多孔网格结构由多根交叉设置的多孔结构杆组成，多孔结构的孔径大小范围为0.5mm-1mm，其多孔结构杆的直径大小范围为0.2mm-0.3mm。

作为优选的技术方案，所述固定钉由圆台和圆锥组成，所述圆台具备一定的倾斜度，圆台的上下底面直径分别为2.45mm和0.88mm,圆台高度为7mm；圆锥的底面直径为0.88mm,高度为0.64mm。

本发明还提供了一种具有多孔结构的距骨局部修复体的设计方法，包括下述步骤：

1)基于患者CT数据对距骨部位进行模型提取，三维模型重构,并导出stl格式文件；

2)将stl格式文件导入三维建模软件Rhinoceros，进行逆向建模设计，具体为：将stl格式文件导入至Rhinocros软件中，进行曲面的逆向重建；利用物象交集功能，设计多个平面与距骨滑车关节面相交，获得相交曲线，利用放样功能，将获得的系列曲线进行放样生成拟合曲面，获得距骨滑车关节面的拟合曲面；

3)对局部坏死曲面进行提取并拟合，得到与周围健康曲面曲率吻合的曲面；

4)利用拟合曲面进行修复体设计，确定固定钉位置，并利用grasshopper插件完成多孔结构建模，具体为：

对上一步骤获得的修复曲面进行偏置增厚，获得实体；利用偏置功能获得一个多孔网格的设计空间，利用Rhinocros软件的Grasshopper插件模块进行多孔结构建模；设计距骨局部修复体的固定钉，将修复实体，固定钉，多孔结构进行群组，删除辅助曲线和曲线，然后导出stl模型；

5)利用激光选区熔化技术制备个性化局部距骨修复体；

6)对修复体上表面曲面进行打磨抛光，对下部多孔结构进行酸蚀处理。

作为优选的技术方案，在步骤1)中，利用CT扫描距骨部位，收集距骨的医学影像数据，获得DICOM格式的数据；将DICOM格式文件导入Mimics软件里面，根据骨与软组织的不同的灰度特征，在二维编辑里面对图像进行多余的部分进行删除，并生成三维数据，导出stl格式文件。

作为优选的技术方案，在步骤3)具体为：对获得的拟合曲面进行调整，以使拟合曲面更加贴合原有stl模型距骨滑车关节面；然后对病变部位利用曲线模式进行勾勒，并利用切割方法对拟合曲面上的病变部位进行分割，获得病变部位的对应修复的曲面。

作为优选的技术方案，所述距骨局部修复体的多孔结构的参数化建模是利用Rhinocros软件的grasshopper插件进行设计，设计类型为八面体多孔结构，其多孔结构的孔径大小范围为0.5mm-1mm，其多孔结构杆的直径大小范围为0.2mm-0.3mm。

作为优选的技术方案，在步骤5)中，所述距骨局部修复体的原材料为Ti₆Al₄V合金粉末，其粉末球形度好，粒径约为30-40微米；采用激光选区熔化成型设备，对Ti6Al4V合金粉末进行加工成型。