一种3D打印骨科固定器械的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印骨科固定器械的制备方法，包括以下步骤，S1、colles骨折部位三维模型重建，S2、定制骨科固定系统的设计，S3、定制骨科固定系统的加工，S4、骨科固定器械材料的强度检测及优化。本发明专利技术骨科固定系统的大小和形状可以更具患者自身骨骼和软组织的形状进行定制，实现骨科固定系统的个体化定制，并且能够根据骨骼断裂的位置和大小灵活改变骨科固定系统的设计，骨科固定系统与骨骼接触的面精确，符合应力分散原则，并且固定器械通过3D打印技术打印，制造精度高，价格便宜适合个体化定制，并且制造出的骨科固定器械，通过强度检测及优化设计后，进一步不杜绝固定器械与骨骼或软组织不锲合或受力差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印骨科固定器械的制备方法
本专利技术涉及colles骨折重建
，更具体地说，特别涉及3D打印骨科固定器械的制备方法。
技术介绍
Colles骨折：桡骨远端骨折背侧粉碎、向背侧成角和向背侧移位且有桡骨短缩的关节外骨折，传统工业方法制作的Colles骨折骨科固定器械：桡骨远端掌侧锁定钢板螺钉系统，而钢板为批量制造型，由于每个患者骨折位置不同，桡骨结构也不同，所以钢板在使用时都无法与患者的桡骨完美配合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能够与每个患者骨折处完美配合并且疗效好，医疗费用低的3D打印骨科固定器械的制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种3D打印骨科固定器械的制备方法，包括以下步骤，S1、colles骨折部位三维模型重建，依据患者术前CT及MRI扫描二维图像进行桡骨处的三维模型重建；S2、定制骨科固定系统的设计，比照正常桡骨，colles骨折部位三维模型即桡骨的缺损部位进行修正后，建立骨科固定系统的三维数字模型，并将数据转换为工业计算机辅助设计和制造软件能够识别的数据；S3、定制骨科固定系统的加工，运用3D打印机打印出colles骨折部位的骨科固定系统；S4、骨科固定器械材料的强度检测及优化，运用生物力学试验机测量计算3D打印骨科固定系统的材料学参数，利用有限元分析检测骨科固定系统的强度。进一步地，所述步骤S1中，使用螺旋CT，以1mm的间隔，沿轴向进行断层扫描，扫描结果导入三维重建软件Mimics，进行组织切割，获取骨、皮肤、肌肉三维模型，结果导入Solidworks软件中建立骨折手臂三维模型，并虚拟切割出骨折线处的骨折部三维模型。进一步地，所述步骤S4中材料学参数包括骨科固定系统的弹性模量、弯曲强度、抗拉强度、压缩强度、剪切强度、扭转强度、疲劳极限、疲劳寿命。进一步地，所述步骤S4中利用有限元分析检测骨科固定系统的强度包括以下步骤，S41、网格划分及有限元模型的建立，将Mimics软件下生成的骨骼三维模型导入Ansys软件，对模型进行有限元网格划分，之后将划分后的三维实体网格导入Mimics,根据骨骼的CT图像灰度与弹性模量的对应关系，对骨骼单元赋予材料属性，然后再导回Ansys软件，将在Solidworks软件中建立传统骨科固定系统的三维数字模型，以及3D打印骨科固定系统的三维数字模型，导入Ansys软件，进行有限元网格划分；S42、强度检测及优化，根据生物力学试验机测量计算材料学参数，采用给骨科固定系统垂直固定后，轴向加压、三点弯曲以及扭转三种加载方式：轴向加压为桡骨近端固定，远端施加力，施力大小为200N；三点弯曲为模拟固定桡骨远端与近端，分别在桡骨中段向掌侧与背侧施加力，施力大小为1000N；扭转为桡骨近端固定，远端施加扭转力，施力大小为20N，运用有限元求解器获得在加载条件下骨折部节点的应力均值后，对骨科固定系统的三维数字模型进行优化调整。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：colles骨折的患者需要安装骨科固定系统时，骨科固定系统的大小和形状可以更具患者自身骨骼和软组织的形状进行定制，与患者骨骼断裂处的组织和骨骼精确匹配，实现骨科固定系统的个体化定制，并且能够根据骨骼断裂的位置和大小灵活改变骨科固定系统的设计，手术前骨骼断裂处和骨科固定系统的三维模型均可导入计算机辅助导航系统，在手续时能够接住导航实现骨科固定系统的精确安装，骨科固定系统与骨骼接触的面精确，符合应力分散原则，并且骨科固定系统通过3D打印技术打印，制造精度高，价格便宜适合个体化定制，并且制造出的骨科固定系统通过强度检测及优化后进步不杜绝骨科固定系统与骨骼不锲合或受力差的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所述3D打印骨科固定器械的制备方法的方法流程图一；图2是本专利技术所述3D打印骨科固定器械的制备方法的方法流程图二。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参阅图1和图2所示，本专利技术提供一种3D打印骨科固定器械的制备方法，包括以下步骤，S1、colles骨折部位(以此种骨折的骨科骨科固定器械为例)三维模型重建，依据患者术前CT及MRI扫描二维图像进行桡骨处的三维模型重建；S2、定制骨科固定系统的设计，(既可以是骨科固定器械，也可是外固定器械)，比照正常桡骨，colles骨折部位三维模型即桡骨的缺损部位进行修正后，建立骨科固定系统的三维数字模型，并将数据转换为工业计算机辅助设计和制造软件能够识别的数据；S3、定制骨科固定系统的加工，运用3D打印机打印出colles骨折部位的骨科固定系统；S4、骨科固定器械材料的强度检测及优化，运用生物力学试验机测量计算3D打印骨科固定系统的材料学参数，利用有限元分析检测骨科固定系统的强度。colles骨折的患者需要安装骨科固定系统时，骨科固定系统的大小和形状可以更具患者自身骨骼和软组织的形状进行定制，与患者骨骼断裂处的组织和骨骼精确匹配，实现骨科固定系统的个体化定制，并且能够根据骨骼断裂的位置和大小灵活改变骨科固定系统的设计，手术前骨骼断裂处和骨科固定系统的三维模型均可导入计算机辅助导航系统，在手续时能够接住导航实现骨科固定系统的精确安装，骨科固定系统与骨骼接触的面精确，符合应力分散原则，并且骨科固定系统通过3D打印技术打印，制造精度高，价格便宜适合个体化定制，并且制造出的骨科固定系统通过强度检测及优化后进步不杜绝骨科固定系统与骨骼不锲合或受力差的问题。在本实施例中，所述步骤S1中，使用螺旋CT，以1mm的间隔，沿轴向进行断层扫描，扫描结果导入三维重建软件Mimics，进行组织切割，获取骨、皮肤、肌肉三维模型，结果导入Solidworks软件中建立骨折手臂三维模型，并虚拟切割出骨折线处的骨折部三维模型。优选的，所述步骤S4中材料学参数包括骨科固定系统的弹性模量、弯曲强度、抗拉强度、压缩强度、剪切强度、扭转强度、疲劳极限、疲劳寿命。材料学参数用于使用软件分析骨科固定系统在使用时的强度检验。所述步骤S4中利用有限元分析检测骨科固定系统的强度包括以下步骤，S41、网格划分及有限元模型的建立，将Mimics软件下生成的骨骼三维模型导入Ansys软件，对模型进行有限元网格划分，之后将划分后的三维实体网格导入Mimics,根据骨骼的CT图像灰度与弹性模量的对应关系，对骨骼单元赋予材料属性，然后再导回Ansys软件，将在Solidworks软件中建立传统骨科固定系统的三维数字模型，以及3D打印骨科固定系统的三维数字模型，导入Ansys软件，进行有限元网格划分；Solidworks软件也可使用UG或PRO/E等三维软件替代，Ansys也可使用Abaqus,MSC.Nastran等有限元分析软件替代。S42、强度检测及优化，根据生物力学试验机测量计算材料学参数，采用给骨科固定系统垂直固定后，为了模拟患者治疗以后自身本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印骨科固定器械的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、colles骨折部位三维模型重建，依据患者术前CT及MRI扫描二维图像进行桡骨处的三维模型重建；S2、定制骨科固定系统的设计，比照正常桡骨，colles骨折部位三维模型即桡骨的缺损部位进行修正后，建立骨科固定系统的三维数字模型，并将数据转换为工业计算机辅助设计和制造软件能够识别的数据；S3、定制骨科固定系统的加工，运用3D打印机打印出colles骨折部位的骨科固定系统；S4、骨科固定器械材料的强度检测及优化，运用生物力学试验机测量计算3D打印骨科固定系统的材料学参数，利用有限元分析检测骨科固定系统的强度。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印骨科固定器械的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、colles骨折部位三维模型重建，依据患者术前CT及MRI扫描二维图像进行桡骨处的三维模型重建，其中，使用螺旋CT，以1mm的间隔，沿轴向进行断层扫描，扫描结果导入三维重建软件Mimics，进行组织切割，获取骨、皮肤、肌肉三维模型，结果导入Solidworks软件中建立骨折手臂三维模型，并虚拟切割出骨折线处的骨折部三维模型；S2、定制骨科固定系统的设计，比照正常桡骨，colles骨折部位三维模型即桡骨的缺损部位进行修正后，建立骨科固定系统的三维数字模型，并将数据转换为工业计算机辅助设计和制造软件能够识别的数据；S3、定制骨科固定系统的加工，运用3D打印机打印出colles骨折部位的骨科固定系统；S4、骨科固定器械材料的强度检测及优化，运用生物力学试验机测量计算3D打印骨科固定系统的材料学参数，利用有限元分析检测骨科固定系统的强度，材料学参数包括骨科固定系统的弹性模量、弯曲强度、抗拉强度、压缩强度、剪切强度、扭转强度、疲...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄若景，关宏刚，陈志维，曹燕明，张美超，丁玲，黄银凤，
申请(专利权)人：黄若景，关宏刚，
类型：发明
国别省市：广东;44