一种个体化定制截骨矫形导板及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用计算机辅助建模领域，尤其涉及个体化定制截骨矫形导板数字建模及其快速成型方法。
【背景技术】
[0002]目前3D打印技术工业革命方兴未艾，3D打印截骨导板在临床的应用仍然处于实验室阶段，制约该技术的临床应用主要原因有三:1.精度，临床对截骨精度的要求较高，如果偏差较大，可能会导致截骨失败，2.普遍设计不合理，考虑的问题不多，结构过于简单，临床医生不能正确、迅速地安装，导致仍然需要透视来确定平面，没有充分发挥出术前计划以及3D打印的优势，故而有必要设计更方便临床应用的截骨导板。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种精度高，设计合理的个体化定制截骨矫形导板及其快速成型方法。
[0004]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
[0005]—种个体化定制截骨矫形导板，其特征包括:截骨矫形导板其工作面与骨表面贴合，或能将骨骼与其接触的一部分嵌入导板中，其外表面由与目标骨接触表面各个位置所需的厚度来决定，导板的各个侧面由骨突标志的弧线来控制，利用各个侧面与骨突标志对齐，防止截骨导板放置位置错误；导板中间部分设有若干截骨槽，截骨槽可供摆锯或线锯通过，截骨的两侧端设有与截骨平面平行设置的若干通孔，这些通孔轴线位于同一平面或不同平面，该平面由矫正角度所处平面而决定，数目由截骨槽的个数决定，每个截骨槽对应一个或多个通孔，通孔用于置入本设计配套内固定针、或骨圆针、或三角针、或螺纹针，用于临时固定截骨导板与骨，防止截骨后骨块的移位影响后续截骨，而钻入的内固定针在截骨后可以利用来进行骨断端的对线配准，实现精确的单平面或多平面的角度矫正，防止因复位不准确导致旋转、成角移位或角度矫正不精确等导致的手术失败，且可在截骨完成后利用内固定针进行临时固定，为更准确地进行对位，可以使用配套的通用型或定制型配准固定器；截骨槽所围成的块其一侧端设计薄弱位点，用于截骨完成后扭转该块破坏导板便于导板的去除而无需取出内固定针；在通孔处依据需要设计破裂孔，用于破裂导板，便于导板的去除而无需取出内固定针。导板还具有圆角特征，防止尖锐边缘损伤组织。截骨完成后去除导板后，利用内固定针临时固定，并安装内固定板、内/外固定架结构对骨进行固定；该截骨矫形导板是通过逆向工程建模技术建立数字模型进行设计后3D打印获得的。
[0006]配套定制型配准固定器其主体为杆或板，其中央位置设有通孔，通孔的排布依据根据截骨导板打入的内固定针在截骨标准复位后的位置来决定，所有通孔轴线处于同一平面且平行，对于骨骼表面幅度较大的，杆的一面可按截骨导板设计方法设计成与骨面匹配或近似匹配的曲面，使其更好地贴近骨面不影响后续操作。该固定器用于将截骨后的固定针固定，固定后利用固定针对骨块牵拉能够使骨块处于正确的位置上，并使其获得一定的稳定性利于后面的操作。定制型配准固定器其加工方式为3D打印。
[0007]其配套通用型配准固定器特征在于:其由导轨、滑块、卡块、螺丝组成，导轨由两条相同平行杆组成，其滑块有槽可安装于导轨上，中间有螺孔，卡块中间有螺孔，其底面有卡槽能够卡住内固定针，通过螺丝的加压作用将卡块、滑块与导轨固定，利用导轨使内固定针固定在同一平面，使得到达与定制型相同的作用目的，由于滑块可调节位置，故而能够实现对截骨后的骨进行加压。由于固定牢固，该固定器可当作最终外固定架使用。
[0008]—种个体化定制截骨矫形导板的制作方法，首先通过逆向工程技术对目标骨骼进行建模得到骨骼的数字模型，并测量出欲截骨矫形的位置、截骨角度、角度所在平面；然后，根据这些截骨参数依次设计出导板的各个面、截骨槽、通孔、破裂孔、圆角特征，最后进行3d打印；具体包括以下步骤；第一步数据采集、图像分割得到目标的点云或模型数据，并在图像分割软件中反复确认蒙板或模型的轮廓线与目标骨骼图像轮廓的差异，确认其差异小于1个像素，输出文件，如图像质量太差，图像分割操作繁琐的，则尽量生成准确点云或模型输出；第二步逆向工程处理，利用带有偏差分析功能的逆向或正逆向工程软件对上述数据格式的文件进行去噪、光顺、补洞等各种处理，排除掉明显的大块噪声区域以及错误轮廓，控制成型模型与点云或模型的最大偏差在0.5mm或0.1mm以下，生成CAD模型，进入第三或第四步；如图像质量太差，输出文件不满意的，则在该步中生成接近的正常模型进入第三步。第三步模型与图像的核对验证，第二步生成的模型，还可将其模型文件回输至图像分割软件，对比模型轮廓与目标解剖结构图像的差异，并通过调整轮廓线、增加删除蒙板像素点等处理，对蒙板或模型进行修正，输出蒙板点云或模型文件，并继续进行逆向工程处理，该步可反复进行，确保最终的模型质量，这一方法特别适用于图像质量太差，伪影太多的情形；第四步模型质量分级与标注，最终生成的CAD模型模型其模型构建质量可予分级，并对去除的大片噪声区域等处理较多或有疑问的地方进行标注；第五步截骨导板的设计，第四步输出的模型导入CAD或正逆向工程软件中，按流程进行截骨导板的设计，设计的模型可以输出到图像分割软件，了解其轮廓与骨骼图像轮廓的匹配程度，如需要修改，可进一步修改。第六步，3D打印，设计的模型以最高精度输出进入3D打印辅助软件，在软件中确立其摆放位置，优先保证骨骼接触面、截骨槽、通孔的精度，设计的模型作为整体一次打印成型。
[0009]使用本发明制作快速成型模型的主要优势在于，考虑了截骨矫形术中的各种问题，保证了精度，不需要进行X线透视，简单实用，适用范围广，可应用于全身各骨。总之，本发明方案，使3D打印技术更广泛的临床应用推广成为了可能；而模型的反复核对与偏差分析、模型质量分级，则能够提高模型构建精度，将所有有可能导致细节丢失的环节纳入掌控，分级、标注更能帮助使用者更明确所用模型的精度以及可能需要术中需要注意的地方，使其对于个体的真实情况有更准确的估计、了解，便于质量分析比较，有法可依，防止以次充好。
【附图说明】
[0010]图1为本发明截骨矫形导板结构示意图；
[0011 ] 图2为截骨矫形导板与骨面贴合结构示意图；
[0012]图3为镶嵌型截骨矫形导板与目标骨骼数据模型示意图；
[0013]图4为定制型配准固定器；
[0014]图5为通用型配准固定器。
[0015]附图标记说明
[0016]1、骨接触面；2、截骨槽与薄弱点；3、与骨骼表面标志对齐的侧面；4、通孔；5、破裂孔；6、圆角特征；7、固定器通孔；8、定制型配准固定器的骨接触面；9、导轨；10、卡块；11、滑块；12、螺孔螺丝；13、内固定针卡槽14、导板外表面
【具体实施方式】
[0017]为便于本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面