[發明專利]基于病人個性化外固定3D打印模型設計方法及切片系統

有效

• 申請號: 201811346465.7
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109394410B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 劉朋;石志良
• 申請（專利權）人: 武漢必盈生物科技有限公司
• 主分類號: A61F5/058
• 分類號: A61F5/058;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 李新昂

本發明公開了一種基于病人個性化外固定3D打印模型設計方法及切片系統，該方法涵蓋病人病區部位表面三維掃描數據到3D打印所需GCODE代碼生成的整個過程；該系統包括：數據存取模塊、空間姿態調整模塊、模型分割模塊、模型透氣孔模塊、模型提取模塊、模型融合模塊、模型切片模塊和可視化顯示模塊。通過本發明提供的基于骨科病人病區部位表面掃描網格的骨科外固定的設計方法和系統，能方便、穩定地設計骨科個性化外固定的兩個半剖模型，并基于包圍盒的切片軌跡規劃和優化系統，快速生成GCODE代碼，自動化程度高，適用于臨床醫生用于異形打印頭的骨科個性化外固定的3D實物打印。

技術領域

本發明涉及一種3D打印模型設計方法及切片系統，具體是一種骨科病人病區部位表面掃描網絡的個性化外固定快速3D打印的模型設計方法及切片軌跡規劃系統，屬于醫學技術領域。

背景技術

一般而言，醫用的外固定是用來固定病人某一部分損傷的肢體，減少損傷肢體的運動，有助于患者損傷肢體的恢復。常見的有骨折患者打石膏或者夾板：一方面，石膏具有可塑性，能夠較好地成型，干燥后比較堅固，但是臨床實踐表明，石膏固定的肢體部位無法清洗，在不同情況下，石膏固定可能會壓迫血管，或局部壓迫產生壓瘡；另一方面，小夾板固定無法滿足個性化需求，固定松緊程度需要醫生的經驗。此外，近來出現的高分子化合物繃帶具有重量輕、硬度高、防水透氣等優點，但操作過程依舊依靠醫生經驗。針對這些存在的客觀問題，個性化的外固定設計至關重要。

隨著3D打印在醫學領域應用的不斷發展，能夠解決外固定個性化設計與制造問題，但目前的模型設計需要依賴專業的CAD軟件，并且設計與切片是分開的系統，無法適應臨床醫生的實際需求。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于病人個性化外固定3D打印模型設計方法及切片軌跡規劃系統，其可以直接處理病人病區部位掃描得到的三維表面模型，快速得到合適的個性化外固定三維表面模型，通過包圍盒切片，生成打印軌跡，并偏置和優化打印軌跡，生成GCODE代碼，系統自動化程度高，操作簡單，臨床醫生使用容易。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的，一種基于病人個性化外固定3D打印模型設計方法，該3D打印模型設計方法包括：

S1：對病人病區部位表面三維掃描數據進行處理；

S2：采用空間姿態矩陣變換方法，進行三維點云和面片的位姿調整，并自動對齊3D打印機的打印方位；

S3：獲取三維掃描模型的包圍盒，賦予包圍盒三個方向的移動和旋轉功能，通過包圍盒的旋轉和大小調整，與三維網格模型進行布爾減運算，快速得到合適大小的初始外固定三維網格模型；

S4：在適應3D打印方向上，將包圍盒的大小縮小一半，進行布爾減運算，得到初始外固定的兩個半剖、非封閉的三維網格模型；

S5：對外固定兩個半剖三維網格模型，構建頂部和底部的卡扣模型，外固定兩個半剖三維網格模型分別與頂部和底部的卡扣模型進行布爾減運算，得到四個網格模型；

S6：頂部和底部的卡扣模型分別與外固定兩個半剖三維網格模型進行點云和面片的拓撲融合，得到外固定的兩個帶卡扣的半剖三維網格模型；

S7：利用定制孔大小的包圍盒、或圓柱面、或橢圓柱面，與初始外固定的兩個半剖的非封閉三維網格模型進行布爾減運算，獲得含透氣孔的外固定兩個半剖三維網格模型；

S8：分別獲取兩個帶卡扣的含透氣孔外固定的半剖網格模型的包圍盒，設定切片層高，循環定義不同大小的與原包圍盒方位相同的包圍盒，分別切割半剖網格模型，獲取并存儲每層相交求得的直線；

S9：針對分層相交求得的直線，依據拓撲關系進行相交點排序，判斷邊界點，相鄰邊界點之間為空軌跡，其余點連線為需要軌跡；