一种基于三维打印技术制作骨科假体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种假体的制作方法，尤其涉及一种基于三维(3D)打印技术制作骨科假体的方法。
【背景技术】
[0002]人工关节置换术作为一种成熟的治疗方法现已在国内外得到广泛应用，可以帮助骨关节疾病患者有效地减轻关节痛苦，重建关节功能。目前，保肢治疗已成为骨缺损患者的主要治疗模式，占90%，而每个患者的关节部位的形状都是独特的，因此骨缺损的保肢治疗需要个性化的手段。其中，个体化的手术规划及个性化骨缺损假体的设计、制造，及术中个性化骨缺损假体的设计、制造，及术中个性化的准确安装是实现骨缺损患者完美保肢的必需环节。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提出一种基于3D打印技术制作骨科用个性化假体的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种基于三维打印技术制作骨科假体的方法，该方法包括如下步骤:
[0006]获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界；
[0007]利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型。
[0008]上述基于三维打印技术制作骨科假体的方法还包括:
[0009]基于获取的感染关节的骨骼部分三维图像，判断患者关节是否存在骨缺损，如果不存在则执行利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤，如果存在骨缺损则执行设计骨缺损部分的填补部分的形状大小并根据所设计的填补部分的形状大小调整骨质边界的步骤，接着再执行利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤。
[0010]上述设计骨缺损部分的填补部分的形状大小并根据所设计的填补部分的形状大小调整骨质边界的步骤进一步包括:
[0011]基于获取的患者的感染关节的骨骼部分的三维图像，应用最小二乘法生成正中矢状面，然后再根据这个正中矢状面获得与缺损部位对称部位的形状、大小，根据对称部位的形状、大小来确定假体的形状及尺寸；
[0012]根据解剖的生物力学特性优化假体的生物学及生物力学性能；
[0013]根据所确定的填补部分的形状大小调整骨质边界。
[0014]上述获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤进一步包括:
[0015]对感染关节进行CT扫描，判断骨质边界，得到感染关节的CT断层图像；
[0016]运用CT容积成像技术对患者的CT断层图像进行容积重建；
[0017]利用组织分隔技术将感兴趣区域的骨骼部分的图像提取出来；
[0018]利用伪彩技术，将获得的图像以彩色的形式显示出来。
[0019]上述获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤还包括:对感染关节进行CT扫描，结合分子影像学方法判断骨质边界。
[0020]与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下:
[0021]本发明的基于3D打印技术制作骨科假体的方法制作的假体符合原有关节个性化的解剖形态，可提供有效关节式活动，改善患肢的生活质量。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例1所述的基于3D打印技术制作骨科假体的方法的流程图；
[0023]图2是本发明实施例2所述的基于3D打印技术制作骨科假体的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024]本发明的基于3D打印技术制作骨科假体的方法在手术前对感染关节进行三维CT扫描然后进行三维重建，重建出关节假体及周围骨质形态，利用3D (三维)打印技术打印出关节假体模型，此关节假体模型与原有人工关节形态吻合，如果有骨质缺损可以进行相应调整。
[0025]如图1所示，实施例1的基于3D打印技术制作骨科假体的方法包括如下步骤:
[0026]首先是获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤，具体过程如下:
[0027]对感染关节进行CT扫描，判断骨质边界，得到感染关节的CT薄层容积数据，也就是CT断层图像。优选地，CT扫描获得的断层图像结合分子影像学方法能够更清晰更精确地呈现骨质边界。分子影像学方法包括弥散成像、波普成像等，可以采用其中弥散成像技术或者波普成像技术，也可以采用弥散成像技术与波普成像技术的组合。弥散成像是在磁共振成像中.组织的对比度不仅与每个像素内组织的Tl、T2弛豫时间和质子密度有关，还与受检组织每个像素内水分子的弥散有关，因此弥散成像是根据测定水分子的弥散运动来成像的技术。波普成像是利用人体的代谢物质在MR中的化学位移来测定分子组成及空间构型的一种检测方法。不同代谢产物的化学位移不同，反映人体能量代谢的病理生理变化。
[0028]运用CT容积成像(CT Viewer Volume 4D)技术对患者的CT断层图像进行容积重建，CT容积成像是将二维的CT片上的图像重建成三维图像。
[0029]利用组织分隔(Tissue Segmentat1n)技术将感兴趣区域的骨赂部分的图像提取出来。在CT图像中，人体组织例如骨骼、脂肪、脊髓在高分辨率成像下可以根据其强度不同而呈现出不同的颜色例如白、灰、黑，获取CT三维图像，由于感兴趣的是骨骼部分，所以需要通过组织分割技术将感兴趣区域的骨骼部分成像。
[0030]再利用伪彩技术，将获得的图像以彩色的形式显示出来，获取感染关节的骨骼部分的彩色图像。伪彩(又称“B彩”)是一种将黑白图形或图像显示方式转变为彩色显示的方式，原则上可用于所有灰阶显示的超声图形或图像中。
[0031]接着是利用3D(三维)打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤。
[0032]如图2所示，实施例2是在实施例1的基础上增加两个步骤，实施例2的基于3D打印技术制作骨科假体的方法包括如下步骤:
[0033]首先是获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤，具体过程与实施例1中相同。
[0034]然后，基于获取的感染关节的骨骼部分三维图像，判断患者关节是否存在骨缺损，如果不存在则执行利用3D(三维)打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤，如果存在骨缺损则执行设计骨缺损部分的填补部分的形状大小的步骤。
[0035]设计骨缺损部分的填补部分的形状大小并根据所设计的填补部分的形状大小调整骨质边界的步骤，具体过程如下:
[0036]基于获取的患者的感染关节的骨骼部分的三维图像，应用最小二乘法生成正中矢状面，然后再根据这个正中矢状面获得与缺损部位对称部位的形状、大小，根据对称部位的形状、大小来确定假体的形状及尺寸。根据解剖的生物力学特性，主要是利用曲线曲面光滑拼接算法、特征曲线识别和曲面平滑处理算法，优化假体的生物学及生物力学性能，使患者术后避免疼痛的同时恢复骨缺损部位的功能，提高患者的生活质量。根据所确定的填补部分的形状大小调整骨质边界。
[0037]接着执行利用3D(三维)打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤。
[0038]在一个关节翻修假体的实际例子中，翻修关节常面临大量骨缺损，无合适骨质和其他材料可提供充填修复是当前关节翻修遇到的最大困难，本发明的基于三维打印技术制作骨科假体的方法如下:
[0039]1、先对翻修骨盆及/或髋、膝关节进行三维CT扫描重建，层厚1mm，并存储CT扫描数据。
[0040]2、利用存储的CT扫描数据重建病变骨盆或关节。根据骨缺损情况进行修复，恢复解剖形态，以适合水泥型髋关节或加长轴常规膝关节的置换。
[0041]3、修复缺损部分用钛合金或钽材料打印，属髋的，其与骨盆结合部位可设计或钻上骨孔备用；属股、胫骨的，初期靠水泥与内轴，骨和模块固定，长期均靠骨长入。打印材料经环氧乙烷消毒后发往医疗机构供使用。
【主权项】
1.一种基于三维打印技术制作骨科假体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界； 利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型。
2.如权利要求1所述的基于三维打印技术制作骨科假体的方法，其特征在于，还包括: 基于获取的感染关节的骨骼部分三维图像，判断患者关节是否存在骨缺损，如果不存在则执行利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤，如果存在骨缺损则执行设计骨缺损部分的填补部分的形状大小并根据所设计的填补部分的形状大小调整骨质边界的步骤，接着再执行利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤。
3.如权利要求2所述的基于三维打印技术制作骨科假体的方法，其特征在于，设计骨缺损部分的填补部分的形状大小并根据所设计的填补部分的形状大小调整骨质边界的步骤进一步包括: 基于获取的患者的感染关节的骨骼部分的三维图像，应用最小二乘法生成正中矢状面，然后再根据这个正中矢状面获得与缺损部位对称部位的形状、大小，根据对称部位的形状、大小来确定假体的形状及尺寸； 根据解剖的生物力学特性优化假体的生物学及生物力学性能； 根据所确定的填补部分的形状大小调整骨质边界。
4.如权利要求1所述的基于三维打印技术制作骨科假体的方法，其特征在于，获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤进一步包括: 对感染关节进行CT扫描，判断骨质边界，得到感染关节的CT断层图像； 运用CT容积成像技术对患者的CT断层图像进行容积重建； 利用组织分隔技术将感兴趣区域的骨骼部分的图像提取出来； 利用伪彩技术，将获得的图像以彩色的形式显示出来。
5.如权利要求4所述的基于三维打印技术制作骨科假体的方法，其特征在于，获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤还包括:对感染关节进行CT扫描，结合分子影像学方法判断骨质边界。
【专利摘要】本发明公开了一种基于三维打印技术制作骨科假体的方法，该方法包括获取患者的感染关节的骨骼部分三维图像以及骨质边界的步骤；以及利用三维打印技术制作患者的感染关节的骨模型的步骤。本发明的基于3D打印技术制作骨科假体的方法制作的假体符合原有关节个性化的解剖形态，可提供有效关节式活动，改善患肢的生活质量。
【IPC分类】A61F2-30
【公开号】CN104523354
【申请号】CN201510041207
【发明人】白金广, 史春宝, 周一新, 郭盛杰, 唐竞, 唐杞衡, 解凤宝, 徐祥祥
【申请人】北京市春立正达医疗器械股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月27日