专利名称：数字化定制骨科植入物的制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，属于骨科植入物制作技术领域。
背景技术：
目前，骨折发生率很高，在其内固定治疗中，解剖型接骨板的应用较广泛。现有的解剖型接骨板由于患者个体在骨骼形态上存在的差异性和骨折的差异性，即个性化差异，即使接骨板制造商将其规格型号分得足够细，其接骨板与骨骼表面的吻合性与螺钉的位置等并不理想，术前必须准备足够的、可能用到的接骨板型号和规格，即便如此仍不可避免手术时医生临时性的再塑形，除非牺牲复位的正确性而迁就接骨板的形状。不仅增加了手术的随意性和操作难度，接骨板与骨表面的吻合性、内固定的稳定性和复位的正确性都难以保证。对于医用不诱钢、钛及钛合金材料而言，这种冷变形理论上是被禁止的，因为冷折弯将改变材料内部的金相结构，降低它的强度及耐腐蚀性。手术中接骨板的再塑形可能是导致内固定失败的原因之一。另外接骨板上螺钉孔的位置，有时不能满足固定所有骨折块的要求，有时螺钉孔正好在骨折线上，影响内固定的强度和效果。上述情况都可能是造成内固定失败的另一原因。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，它根据不同骨折形态专门设计、实现高精度复位和内固定，并且制作的骨科植入物表面贴合性好、厚薄合理。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于该方法的步骤如下:a、扫描骨折患者的骨折部位，获得受伤骨折数据；
b、将受伤骨折数据导入3D医学有限元仿真软件中处理，得到骨折部位的3D立体图形；c、在3D医学有限元仿真软件中对骨折部位的3D立体图形进行处理，将受伤骨折部位进行医学三维重建复位，并得到医学三维重建复位后的3D图形数据；d、将医学三维重建复位后的3D图形数据导入三维工业设计软件中，根据手术要求及经验设计初步骨科植入物，并得到该初步骨科植入物的3D图形数据；e、将初步骨科植入物的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中与医学三维重建复位后的骨折部位进行虚拟装配，并根据骨折部位复位情况确定该初步骨科植入物的螺钉孔位置及方向；f、再在三维工业设计软件中对初步骨科植入物进行虚拟打孔，并选择合适尺寸和型号的螺钉进行虚拟装配，得到整体的3D图形数据；g、将整体的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中，验证骨科植入物的设计、螺钉孔设计以及螺钉打入位置和方向的正确性，确定最终的骨科植入物的3D图形数据；h、将最终的骨科植入物的3D图形数据导入快速成型机堆积成实体的骨科植入物，制得成品。进一步，所述的步骤g中，将医学三维重建复位后的3D图形数据也导入3D医学有限元仿真软件中，与整体的3D图形数据虚拟装配，并模拟分析最终的骨科植入物在人体内在日常活动中的受力情况。进一步，所述的步骤a中，扫描骨折患者的骨折部位的方法为CT扫描或核磁共振。进一步，所述的3D医学有限元仿真软件为Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS 软件。进一步，所述的三维工业设计软件为PRO-E软件或UG或CATIA软件。更进一步，所述的快速成型机为3D打印机。采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果:
1、本发明实现了由标准化加工到个性化、柔性加工的创新。2、本发明实现了由通用的近似结构到一人一板的精确结构的创新，使得骨科植入物的吻合性更好，内固定失败的概率大大降低。3、本发明实现了由复杂到简单，由选型、临时塑形到“傻瓜”式操作的创新，不用临时塑形，就不降低产品性能，而且手术时间短，质量高。4、快速成型机的应用，加快了骨科植入物的制作过程，并且制作的骨科植入物与3D图形数据误差很小，贴合更加吻合。
具体实施例方式为了使本发明的内 容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明，
一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，该方法的步骤如下:
a、扫描骨折患者的骨折部位，获得受伤骨折数据；扫描骨折患者的骨折部位的方法为CT扫描，CT扫描条件:电压120 kV，电流120 mA，扫描时间1.5 S，连续扫描得到层厚0.5mm，512X512象素，单象素大小0.583，水平面图像927幅，将Dicom格式原始数据导出备用。b、将受伤骨折数据导入3D医学有限元仿真软件中处理，得到骨折部位的3D立体图形；3D医学有限元仿真软件可以为Mimics软件，在Mimics中导入选取的CT原始图像数据(Dicom格式)，可得到患者骨折的初步三维模型；选取骨折中有诊断、治疗价值的或准备进一步研究的区域为目标区域；将影响目标区域的干扰部分骨骼去除，如正常的胫骨上段、腓骨上段及髌骨，其中相互独立部分用“分离”命令进行操作，重叠连接部分用“切割”命令进行操作，得到骨折部位的3D立体图形。C、在3D医学有限元仿真软件中对骨折部位的3D立体图形进行处理，将受伤骨折部位进行医学三维重建复位，并得到医学三维重建复位后的3D图形数据；在組!^(^软件中综合利用多种功能，将各个骨折块变成单独个体，每个骨块指定成不同的颜色。在分析不明确的骨折线或骨折块嵌插等情况时需人为界定。用定位命令进行移位、旋转等操作对各骨折块进行复位，保证相应的面、角、线的对合，恢复其正常的解剖结构，然后用合并命令将分离并模拟复位后的所有骨折块拼成一个整体。以STL标准格式将模型输出，得到复位后的骨骼解剖结构的3D图形数据。d、将医学三维重建复位后的3D图形数据导入三维工业设计软件中，根据手术要求及经验设计初步骨科植入物，并得到该初步骨科植入物的3D图形数据；三维工程制图软件可以为UG软件，将STL格式模型文件导入UG软件，根据手术要求及经验在骨骼模型上选取最佳的接骨板贴合面，将与接骨板贴合处的股骨外表面按照设计要求裁剪下来作为个性化解剖型植入物的下表面(即板骨贴合面)，再用UG软件的曲面造型功能设计植入物的上表面和侧面，形成产品空腔模型，实体化后得到个性化解剖型植入物的模型数据，即初步骨科植入物的3D图形数据。e、将初步骨科植入物的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中，本实施例为Mimics软件，与医学三维重建复位后的骨折部位进行虚拟装配，并根据骨折部位复位情况确定该初步骨科植入物的螺钉孔位置及方向；
f、再在UG软件中对初步骨科植入物进行虚拟打孔，并选择合适尺寸和型号的螺钉进行虚拟装配，得到整体的3D图形数据；
g、将整体的3D图形数据导入Mimics软件中，验证骨科植入物的设计、螺钉孔设计以及螺钉打入位置和方向的正确性，确定最终的骨科植入物的3D图形数据；将医学三维重建复位后的3D图形数据也导入3D医学有限元仿真软件中，与整体的3D图形数据虚拟装配，并模拟分析最终的骨科植入物在人体内在日常活动中的受力情况。h、将最终的骨科植入物的3D图形数据导入快速成型机堆积成实体的骨科植入物，制得成品。3D医学有限元仿真软件可以为Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS软件，但不限于此。快速成型机可以为3D打印机。三维工程制图软件还可以为PRO-E软件或CATIA软件，但不限于此。本发明具有以下优点:
1、本发明实现了由标准化加工到个性化、柔性加工的创新。2、本发明实现了由通用的近似结构到一人一板的精确结构的创新，使得骨科植入物的吻合性更好，内固定失败的概率大大降低。3、本发明实现了由复杂到简单，由选型、临时塑形到“傻瓜”式操作的创新，不用临时塑形，就不降低产品性能，而且手术时间短，质量高。4、快速成型机的应用，加快了骨科植入物的制作过程，并且制作的骨科植入物与3D图形数据误差很小，贴合更加吻合。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于该方法的步骤如下: a、扫描骨折患者的骨折部位，获得受伤骨折数据； b、将受伤骨折数据导入3D医学有限元仿真软件中处理，得到骨折部位的3D立体图形； C、在3D医学有限元仿真软件中对骨折部位的3D立体图形进行处理，将受伤骨折部位进行医学三维重建复位，并得到医学三维重建复位后的3D图形数据； d、将医学三维重建复位后的3D图形数据导入三维工业设计软件中，根据手术要求及经验设计初步骨科植入物，并得到该初步骨科植入物的3D图形数据； e、将初步骨科植入物的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中与医学三维重建复位后的骨折部位进行虚拟装配，并根据骨折部位复位情况确定该初步骨科植入物的螺钉孔位置及方向； f、再在三维工业设计软件中对初步骨科植入物进行虚拟打孔，并选择合适尺寸和型号的螺钉进行虚拟装配，得到整体的3D图形数据； g、将整体的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中，验证骨科植入物的设计、螺钉孔设计以及螺钉打入位置和方向的正确性，确定最终的骨科植入物的3D图形数据； h、将最终的骨科植入物的3D图形数据导入快速成型机堆积成实体的骨科植入物，制得成品。
2.根据权利要求1所述的数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于:所述的步骤g中，将医学三维重建复位后的3D图形数据也导入3D医学有限元仿真软件中，与整体的3D图形数据虚拟装配，并模拟分析最终的骨科植入物在人体内在日常活动中的受力情况。
3.根据权利要求1所述的数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于:所述的步骤a中，扫描骨折患者的骨折部位的方法为CT扫描或核磁共振。
4.根据权利要求1所述的数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于:所述的3D医学有限元仿真软件为Mimics或Simpleware或ANSYS或ABAQUS软件。
5.根据权利要求1所述的数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于:所述的三维工业设计软件为PRO-E软件或UG或CATIA软件。
6.根据权利要求1所述的数字化定制骨科植入物的制造工艺，其特征在于:所述的快速成型机为3D打印机。
全文摘要
本发明公开了一种数字化定制骨科植入物的制造工艺，该方法的步骤如下扫描骨折患者的骨折部位，获得受伤骨折数据；将受伤骨折数据导入3D医学有限元仿真软件中处理，得到骨折部位的3D立体图形；重建复位骨折部位；将医学三维重建复位后的3D图形数据导入三维工业设计软件中，根据手术要求及经验设计初步骨科植入物，并得到该初步骨科植入物的3D图形数据；将初步骨科植入物的3D图形数据导入3D医学有限元仿真软件中与医学三维重建复位后的骨折部位进行虚拟装配，并根据骨折部位复位情况确定该初步骨科植入物的螺钉孔位置及方向；将最终的骨科植入物的3D图形数据导入快速成型机堆积成实体的骨科植入物，制得成品。本发明可以根据不同骨折形态专门设计、实现高精度复位和内固定，并且制作的骨科植入物表面贴合性好、厚薄合理。
文档编号G06F17/50GK103150442SQ20131008258
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者韦冬 申请人:常州华森医疗器械有限公司