本發(fā)明涉及人工手指關節(jié)假體技術領域，特別是涉及一種人工手指關節(jié)假體制備方法。

背景技術：

多種疾病或者創(chuàng)傷都可導致手指關節(jié)的慢性疼痛、畸形或者運動障礙，隨著此類的疾病發(fā)生、進展及轉(zhuǎn)歸，在不同程度上影響手指關節(jié)運動，最終導致手指關節(jié)功能障礙，影響正常生活。其中，作為多種手指關節(jié)活動障礙疾病治療的最終手段：人工手指關節(jié)置換術，該技術可重建手指關節(jié)運動功能，恢復手指關節(jié)穩(wěn)定性并矯正手指關節(jié)畸形，在改善手指關節(jié)外觀的同時顯著緩解病人疼痛，其開展已超過半個世紀并為人們所廣泛接受。

人工手指關節(jié)置換術是臨床手指關節(jié)功能障礙疾病的重要治療手段，由于手指關節(jié)結構的復雜性和特殊性，傳統(tǒng)制造的人工手指關節(jié)仍存在不少問題，其遠期效果不佳與并發(fā)癥的發(fā)生限制了其更大的推廣與應用，其中的重要原因就是假體材料選擇與假體設計的不完善。3d打印技術的出現(xiàn)與發(fā)展，帶來了優(yōu)化人工手指關節(jié)材料選擇以及完善假體設計與安裝的新方法，并且與傳統(tǒng)人工手指關節(jié)假體相比具有個性化、精準化、低成本的優(yōu)勢，更加符合我國醫(yī)療實際情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中的缺點，提供了一種人工手指關節(jié)假體制備方法，針對臨床手指關節(jié)活動障礙患者需要進行人工手指關節(jié)假體置換的需求，實現(xiàn)個性化的人工手指關節(jié)假體制備，假體髓內(nèi)柄基于指骨髓腔形態(tài)設計，關節(jié)頭部基于手指關節(jié)頭部解剖形態(tài)，更加符合解剖型假體設計與功能要求。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種人工手指關節(jié)假體制備方法，包括如下步驟：

(1)患者進行手部ct掃描，獲得ct掃描數(shù)據(jù)；

(2)ct掃描數(shù)據(jù)導入三維重建軟件mimics中，設置相應閾值，得到涵蓋掌指骨髓腔的第一三維重建模型；

(3)通過三維重建軟件mimics再次設置閾值，得到只包含掌指骨骨質(zhì)部分的第二三維重建模型，此閾值下，髓腔中無填充；

(4)選擇三維重建軟件mimics的布爾運算功能，將第一三維重建模型與第二三維重建模型進行布爾減運算，可得到第一掌指骨髓腔形態(tài)模型；

(5)選擇三維重建軟件mimics的模型分離功能，剔除掌指骨髓腔形態(tài)模型中多余部分，得到第二掌指骨髓腔形態(tài)模型；

上述步驟(2)(3)(4)(5)具體是采用三維重建軟件mimics13.01進行三維重建得到虛擬雙手骨骼三維模型，并利用設定閾值的不同得到涵蓋髓腔、不涵蓋髓腔的重建模型以及利用布爾運算得到髓腔形態(tài)。

(6)將第二掌指骨髓腔形態(tài)模型導入geomgaicstudio軟件中，針對形態(tài)不足進行修復；

(7)手指關節(jié)假體頭部與柄部分開設計，根據(jù)髓腔形態(tài)進行髓內(nèi)柄設計，根據(jù)掌指骨關節(jié)頭部形態(tài)進行假體頭部設計；

(8)選取合適髓內(nèi)柄長度并進行髓內(nèi)柄假體長徑與周長的測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行髓內(nèi)柄假體的設計；上述步驟(7)(8)在進行假體設計時，假體頭部與柄部分開設計，根據(jù)髓腔形態(tài)進行個性化髓內(nèi)柄形態(tài)設計，并通過測量髓腔模型得到合適的髓內(nèi)柄假體長徑與周徑進行數(shù)字化設計；根據(jù)掌指骨關節(jié)頭部形態(tài)進行假體頭部的設計。

(9)設計的髓內(nèi)柄假體進行3d打印后進行掃描，得到掃描數(shù)據(jù)；

(10)進行髓內(nèi)柄假體、掃描數(shù)據(jù)及髓內(nèi)柄形態(tài)的形態(tài)學對比驗證；

(11)當形態(tài)學驗證可行，進一步匹配關節(jié)頭部；

(12)將設計好的個性化手指假體模型導入3d打印機進行打印，對于關節(jié)頭部進行拋光即得到個性化假體。

進一步，步驟(1)具體是患者進行雙手ct掃描，并獲得高精度ct掃描數(shù)據(jù)。

進一步，所述步驟(6)針對形態(tài)不足進行修復，包括去除模型表面多余結構、進行適當光滑處理。

進一步，步驟(9)具體所采用的3d打印材料為光敏樹脂。

進一步，步驟(9)具體所采用的3d打印材料為聚乳酸。

進一步，步驟(10)具體是在計算機輔助檢測軟件geomagicqualify中進行個性化設計髓內(nèi)柄假體，3d打印模型掃描數(shù)據(jù)以及髓內(nèi)柄形態(tài)進行形態(tài)學對比驗證。

進一步，步驟(12)中，進行打印的手指關節(jié)假體材料為鈦金屬粉末。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

該方法制備手指關節(jié)假體具備個性化制造優(yōu)勢，髓內(nèi)柄形態(tài)與髓腔形態(tài)匹配，關節(jié)假體頭部與正常關節(jié)形態(tài)接近，可以最大程度滿足患者需求并降低假體制造成本。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制，在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例2三維重建掌指骨骨骼三維模型并得到髓腔形態(tài)模型的過程示意圖。

圖2是將髓腔形態(tài)模型導入geomagicstudio軟件中，進行模型形態(tài)的修復的過程示意圖。

圖3是手指關節(jié)假體頭部與柄部分開設計，根據(jù)掌指關節(jié)頭部進行假體頭部設計，根據(jù)髓腔形態(tài)進行髓內(nèi)柄設計的過程結構示意圖，

圖4a、圖4b、圖4c是將設計的髓內(nèi)柄假體進行3d打印后進行掃描，得到掃描數(shù)據(jù)的過程示意圖。

其中，4a是髓內(nèi)柄假體的結構示意圖；4b是桌面掃描設備圓形旋轉(zhuǎn)平臺；4c是掃描數(shù)據(jù)圖。

圖5a、圖5b是進行假體掃描數(shù)據(jù)、設計髓內(nèi)柄形態(tài)以及髓內(nèi)腔形態(tài)的形態(tài)對比驗證。

其中，圖5a是假體掃描最佳擬合與配準；圖5b是geomagicqualify驗證及生成報告。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

一種人工手指關節(jié)假體制備方法，包括如下步驟：

(1)患者進行雙手ct掃描，獲得高精度ct掃描數(shù)據(jù)；

(2)掃描數(shù)據(jù)導入三維重建軟件mimics中，設置相應閾值，得到涵蓋掌指骨髓腔的第一三維重建模型；

(3)再次設置閾值，得到只包含掌指骨骨質(zhì)部分的第二三維重建模型，此閾值下，髓腔中無填充；

(4)選擇軟件中布爾運算功能，將第一三維重建模型與第二三維重建模型進行布爾減運算，可得到第一掌指骨髓腔形態(tài)模型；

(5)選擇軟件模型分離功能，剔除第一掌指骨髓腔形態(tài)模型中多余部分，得到第二掌指骨髓腔形態(tài)模型；

(6)將第二掌指骨髓腔形態(tài)模型導入geomgaicstudio軟件中，針對模型形態(tài)不足進行修復；

(7)手指關節(jié)假體頭部與柄部分開設計，根據(jù)髓腔形態(tài)進行髓內(nèi)柄設計，根據(jù)掌指骨關節(jié)頭部形態(tài)進行假體頭部設計；

(8)選取合適髓內(nèi)柄長度并進行髓內(nèi)柄假體長徑與周長的測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行髓內(nèi)柄假體的設計；

(9)設計的髓內(nèi)柄假體進行3d打印后進行掃描，得到掃描數(shù)據(jù)；

(10)進行設計髓內(nèi)柄假體、掃描數(shù)據(jù)及髓內(nèi)柄形態(tài)的形態(tài)對比驗證；

(11)形態(tài)學驗證可行，進一步匹配關節(jié)頭部；

(12)將設計好的個性化手指假體模型導入3d打印機進行打印，對于關節(jié)頭部進行拋光及相關處理即得到個性化假體。

多種疾病或者創(chuàng)傷都可導致手指關節(jié)的慢性疼痛、畸形或者運動障礙，隨著此類的疾病發(fā)生、進展及轉(zhuǎn)歸，在不同程度上影響手指關節(jié)運動，最終導致手指關節(jié)功能障礙，影響正常生活。人工手指關節(jié)置換術作為多種手指關節(jié)活動障礙疾病治療的最終手段，該技術可重建手指關節(jié)運動功能，恢復手指關節(jié)穩(wěn)定性并矯正手指關節(jié)畸形，在改善手指關節(jié)外觀的同時顯著緩解病人疼痛。但由于手指關節(jié)結構的復雜性和特殊性，傳統(tǒng)制造的人工手指關節(jié)仍存在不少問題，其遠期效果不佳與并發(fā)癥的發(fā)生限制了其更大的推廣與應用。

當需要進行人工手指關節(jié)置換手術時，根據(jù)此方法可快速制造出個性化人工手指關節(jié)假體，假體柄部與髓內(nèi)腔形態(tài)相匹配，假體頭部與正常關節(jié)頭部形態(tài)接近，可最大程度滿足患者需求并降低假體制造成本。

實施例2

以第三掌指關節(jié)髓內(nèi)柄制備過程，對本實施例人工手指關節(jié)假體制備方法進行說明。

一種人工手指關節(jié)假體制備方法，包括如下步驟：

(1)采集雙手ct高精度掃描數(shù)據(jù)；

(2)采用三維重建軟件mimics13.01進行三維重建并進行布爾運算得到掌指骨髓腔形態(tài)模型，如圖1所示。

(3)將髓內(nèi)腔形態(tài)模型導入geomagicstudio軟件中，進行模型形態(tài)的修復，如圖2所示。

(4)如圖3所示，手指關節(jié)假體的頭部與柄部分開進行設計，根據(jù)掌指關節(jié)頭部形態(tài)進行假體頭部設計，根據(jù)髓內(nèi)腔形態(tài)進行髓內(nèi)柄的設計。

(5)根據(jù)設計的髓內(nèi)柄形態(tài)模型，采用3d打印設備打印得到假體髓內(nèi)柄實物模型。具體采用的3d打印材料為聚乳酸，設置3d打印機的打印屬性，調(diào)整為高精度打印狀態(tài)(此種狀態(tài)下打印精度為0.2mm)，調(diào)節(jié)3d打印機的打印平面，使3d打印機的噴頭到打印平面的距離恰好可以順滑地通過一張折疊的a4紙。接著，調(diào)節(jié)模型放置方式，使其與打印平面的接觸面積最大化，此時打印模型獲得最穩(wěn)定體位，以提高打印的成功率并減少打印支架的形成，這樣便提高了3d打印機的制造效率并且節(jié)約了3d打印材料。最后，設置3d打印機噴頭的溫度為210度，啟動3d打印程序，噴頭加熱到預定的溫度后，便開始逐層打印堆積，最終制造出假體髓內(nèi)柄實物模型。如圖4所示，首先得到髓內(nèi)柄假體，假體放置于桌面掃描設備圓形旋轉(zhuǎn)平臺上，假體放置于合適位置。設定相關掃描參數(shù)，進行三維掃描并得到掃描數(shù)據(jù)圖。

(6)如圖5所示，在計算機輔助檢測軟件geomagicqualify中進行假體模型掃描數(shù)據(jù)、設計的髓內(nèi)柄形態(tài)以及髓內(nèi)腔形態(tài)進行形態(tài)對比驗證。

(7)以上步驟的實施驗證了本方法形態(tài)學上的可行性，最終完整的人工手指關節(jié)假體擬采用金屬3d打印機進行整體打印，并對關節(jié)頭部進行相關細節(jié)的處理而最終得到該假體。

最后應說明的是：以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。