[發明專利]一種基于三維重建技術的髖臼側模型和導板的制備方法

有效

• 申請號: 201610819251.1
• 申請日: 2016-09-13
• 公開（公告）號: CN106388978B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 鐘達;胡懿郃;王成功;廖前德
• 申請（專利權）人: 中南大學湘雅醫院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;A61F2/30;A61F2/32
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 許伯嚴

1.一種基于三維重建技術的髖臼側模型和導板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、將患者術前的髖關節三維CT數據進行加工后建立數字化三維數據模型，重建髖臼側三維骨性結構，還原疾病原始狀態；

其中，對髖關節三維CT數據進行加工后建立數字化三維數據模型的具體操作為：圖像導入→閾值劃分→三維重建模型生成→計算機輔助設計→3D打印；

步驟二、通過分析髖臼位置、評估髖臼狀態、明確髖臼周圍骨量和計算髖臼周圍骨厚度，制定髖臼磨銼和髖臼螺釘置入方案，并對術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型進行三維建模；

步驟三、使用3D打印機制作術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型；

其中，制作模型的材料采用醫用高分子材料，具體為尼龍材料FS3200PA；

步驟四、上述術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型整合并檢驗，若不合格則重新設計，若合格則將術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型消毒后投入手術；

所述步驟一中，對髖關節三維CT數據進行加工后建立數字化三維數據模型的具體操作包括如下步驟：

1)圖像導入：

利用mimics和E-3D支持DICOM標準的薄層掃描圖像的三維重建軟件；將病人通過CT或者MRI檢查后的圖像數據，導出為DICOM格式的圖像；

2)閾值劃分：

CT掃描圖像的灰度值反應的是組織對于X線的不同衰減系數；閾值分割方法是基于灰度圖像的一種計算操作，在設定閾值范圍內的組織被保留，其他的被去除；

3)三維重建模型生成：

在MIMICS和E-3D軟件中，則是通過三維基元的體數據來描述物體，通過CT斷層掃描設備得到病患的體數據后，通過閾值分割來得到物體的三維蒙板，基于三維蒙板計算三維模型的過程就是三維重建；

4)計算機輔助設計：

根據病患三維模型的實際情況，進行虛擬手術設計；通過CAD，3-matic或MAGICS輔助工具設計出合適的術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型，參與到手術過程，輔助醫生進行手術；

5)3D打印：

3D打印技術也叫增量制造，指由數字模型直接驅動的，運用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂可粘合材料，在快速成形設備里通過逐層疊加的方式來構造物理實體的技術；把三維重建好的術前髖臼側骨性模型、術后髖臼側骨性模型以及設計好的術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板放入快速成型設備，最終得到1:1的實體。

2.根據權利要求1所述的一種基于三維重建技術的髖臼側模型和導板的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，骨量和骨厚度的具體測量方法為：

因三維重建后的數字模型在閾值分割時，有部分骨松質沒有提取，因而最終得出的三維模型會有很多空洞；通過三維軟件對模型進行修復，補洞后可以選擇需要測量的地方測量三維模型的體積，從而得出骨量；

通過MAGICS三維軟件，直接選擇模型的前后壁的兩個點，兩點之間的距離就是骨厚度。

3.根據權利要求1所述的一種基于三維重建技術的髖臼側模型和導板的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，具體的檢驗標準為：所有術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型在3D打印出來的第一時間將接受產品與設計圖是否吻合的檢測，采用人工判斷，如果產品的形狀、結構、質地性狀不合格，則進行再加工和改進，嚴重不合格者則調整設計參數后重新制作產品；

將術前髖臼側骨性模型、術中磨臼導板、術中髖臼螺釘導板和術后髖臼側骨性模型依次進行手術模擬試驗，觀察各導板與各模型之間是否能正確順暢地組合，如果有不順利的情況，則再加工，或重新制作。