3d打印成型的个性化矫形用外固定支架及其制备方法
3d打印成型的个性化矫形用外固定支架及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备矫形用外固定支架的方法，特别涉及一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法以及由该方法打印成型的外固定支架。
【背景技术】
[0002]脊柱外固定技术自1982年由Mager首先报道应用于临床治疗胸腰椎骨折以来，因其具有创伤小、出血少等优点而受到临床医生的欢迎。业界普遍认为，当内固定不足以维持脊柱的稳定，术后给予脊柱外固定保护直至植骨愈合牢固是一种行之有效的方法。尤其是在脊柱不稳和做了全脊柱截骨术后，更需要通过可靠的外固定制动，避免术后发生意外和融合失败。
[0003]石膏取材容易，价格便宜，具有良好的可塑性和足够的强度，为国内目前临床最常采用的外固定材料。其不足之处为体积大、笨重，常给患者造成较重的心理负担，有时甚至不被患者所接受。同时，石膏固定还存在着操作费时费力、透气性差、无法调节松紧度和不能沾水等缺点。若长时间固定还会引起一些并发症，如骨筋膜室综合症、压疮、废用性骨质疏松和关节僵硬等。此外，在胸部及上腹部行石膏背心固定后，若固定过紧，会限制胃和胸廓的扩张，导致患者出现胸闷、呼吸困难、腹痛、呕吐等症状。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在弥补现有技术的不足，提供一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法以及由该方法打印成型的外固定支架。
[0005]具体地说，本发明的第一方面是提供了一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一、对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描，获取患者需要外固定的身体部位表面点的三维数据；
[0007]步骤二、通过3D逆向工程软件对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定的身体部位的三维模型；
[0008]步骤三、根据上述患者需要外固定的身体部位的三维模型，用3D设计软件构建针对该患者的个性化矫形用外固定支架的三维模型；
[0009]步骤四、在上述个性化矫形用外固定支架的三维模型上，用3D设计软件构建透气孔和固定块，保存构建完毕的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据；
[0010]步骤五、将上述保存的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据导入3D打印机，以聚乳酸为原料打印成型，得到针对该患者的个性化矫形用外固定支架。
[0011]在一优选例中，所述个性化矫形用外固定支架分为两部分。
[0012]在另一优选例中，所述步骤一为采用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描。
[0013]在另一优选例中，所述患者是在其术后处于直立悬吊牵引状态下进行三维扫描的。
[0014]在另一优选例中,所述3D逆向工程软件为mimics软件。
[0015]在另一优选例中，所述3D设计软件为magics软件和solidworks软件。
[0016]在另一优选例中，所述透气孔的总面积占所述个性化矫形用外固定支架总面积的10%且所述透气孔均匀分布于整个支架。
[0017]在另一优选例中，所述透气孔的边缘距离所述个性化矫形用外固定支架的边缘3cm以上且所述透气孔的孔径为I?2cm。
[0018]本发明还提供了一种用上述方法打印成型的个性化矫形用外固定支架。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]1、精确:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架是完全根据患者需要外固定的身体部位的三维扫描数据重建模型而设计的，和患者需要外固定的身体部位是完全合身的，就如同穿衣服一样地方便，无需像石膏固定一样进行长时间的操作定型；
[0021]2、安全:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架是用聚乳酸材料3D打印的，这种材料是防水的，患者在日常生活过程中该外固定支架可以沾水；
[0022]3、轻便、舒适:由于使用聚乳酸材料进行3D打印制作，用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架的重量要远轻于石膏外固定支架的重量，除了完全合身外，其在固定的过程中还可以进行松紧程度的微调节，令患者更感轻便、舒适；
[0023]4、高效:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架在制作完毕后就可以供患者直接固定使用，省略了石膏外固定所需要的各项繁琐耗时的操作；
[0024]5、透气性好:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架被设计为多孔结构，保证了其透气性，避免因石膏固定透气不良而引发的并发症。
[0025]本发明各个方面的细节将在随后的章节中得以详尽描述。通过下文以及权利要求的描述，本发明的特点、目的和优势将更为明显。
【附图说明】
[0026]图1为采用本发明的方法打印制备的个性化矫形用外固定支架的示意图。
[0027]附图标记释义:1.外固定支架的主体A部分；2.外固定支架的主体B部分；3.透气孔；4.固定块。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。
[0029]实施例1 一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，其具体步骤如下:
[0030]I)应用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的部位进行三维扫描，获取该部位的表面三维点数据；此时患者需要于术后在医生的指导下在直立悬吊牵引状态下进行三维扫描;
[0031]2)通过3D逆向工程软件mimicsl0.01 (MATERIALISE公司，比利时)对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定身体部位的三维模型软件能以人体三维扫描数据为基础直接还原人体被扫描部位的三维数字模型，为下一步的支架设计奠定基础；
[0032]3)基于上述人体需要外固定部位的三维模型，利用软件magics (MATERIALISE公司，比利时)和软件solidworks (Solidworks,美国)设计矫形用外固定支架,生成的矫形用外固定支架分为两部分；
[0033]4)测量矫形用外固定支架的总面积，在支架上均匀布设透气孔，所述透气孔的总面积占支架总面积的10%，开孔直径Icm且所述透气孔的边缘距离所述支架的边缘4cm ；
[0034]5)在矫形用外固定支架两部分的左右两边的上下端各设计I个固定块，固定块距离支架的上下边缘5cm，固定块用于支架两部分的固定；
[0035]6)将构建好的矫形用外固定支架的三维数据模型以3D打印机(makerbot软件，Stratasys公司，美国)可以接受的stl格式文件保存；
[0036]7)将stl文件导入到3D打印机，然后用聚乳酸材料为原料打印成型，得到分为前后两部分的矫形用外固定支架。
[0037]用本发明的方法制得的个性化矫形用外固定支架的使用过程为:患者在医生指导下，于直立悬吊牵引状态下，将所述支架的前后两部分覆盖在患者的需要外固定的部位，在固定块上用自攻螺钉将其固定。在固定的过程中，可以根据需要调节固定的松紧度，使患者在外固定的同时感到舒适。
[0038]本发明所涉及的多个方面已做如上阐述。然而，应理解的是，在不偏离本发明精神之前提下，本领域专业人员可对其进行等同改变和修饰，所述改变和修饰同样落入本申请所附权利要求的覆盖范围。
【主权项】
1.一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，包括如下步骤: 步骤一、对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描，获取患者需要外固定的身体部位表面点的三维数据； 步骤二、通过3D逆向工程软件对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定的身体部位的三维模型； 步骤三、根据上述患者需要外固定的身体部位的三维模型，用3D设计软件构建针对该患者的个性化矫形用外固定支架的三维模型； 步骤四、在上述个性化矫形用外固定支架的三维模型上，用3D设计软件构建透气孔和固定块，保存构建完毕的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据； 步骤五、将上述保存的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据导入3D打印机，以聚乳酸为原料打印成型，得到针对该患者的个性化矫形用外固定支架。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述个性化矫形用外固定支架分为两部分。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一为采用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述患者是在其术后处于直立悬吊牵引状态下进行三维扫描的。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D逆向工程软件为mimics软件。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D设计软件为magics软件和so Iidworks 软件。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透气孔的总面积占所述个性化矫形用外固定支架总面积的10%且所述透气孔均匀分布于整个支架。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透气孔的边缘距离所述个性化矫形用外固定支架的边缘3cm以上且所述透气孔的孔径为I?2cm。9.一种用如权利要求1所述的方法打印成型的个性化矫形用外固定支架。
【专利摘要】本发明公开了一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，该方法包括：通过对患者在术后牵引状态下进行三维扫描，获取患者术后需要外固定部位的外表面三维数据；经过三维重建患者需要外固定部位的三维模型，用软件设计出与患者需要外固定部位完全贴合的矫形用外固定支架，并在支架模型上布设透气孔及固定块；再以聚乳酸为原料，用3D打印机打印得到矫形用外固定支架。采用本发明的方法可以制备得到与患者术后需要外固定部位完全贴合的矫形用外固定支架，避免了石膏固定的长时间塑形，并且可以调节松紧度，轻便透气，为患者提供了更舒适的固定方式。
【IPC分类】A61F5/01
【公开号】CN104905899
【申请号】CN201410086972
【发明人】史建刚, 林腾飞, 刘青, 孟潇
【申请人】江阴瑞康健生物医学科技有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月11日
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备矫形用外固定支架的方法，特别涉及一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法以及由该方法打印成型的外固定支架。
【背景技术】
[0002]脊柱外固定技术自1982年由Mager首先报道应用于临床治疗胸腰椎骨折以来，因其具有创伤小、出血少等优点而受到临床医生的欢迎。业界普遍认为，当内固定不足以维持脊柱的稳定，术后给予脊柱外固定保护直至植骨愈合牢固是一种行之有效的方法。尤其是在脊柱不稳和做了全脊柱截骨术后，更需要通过可靠的外固定制动，避免术后发生意外和融合失败。
[0003]石膏取材容易，价格便宜，具有良好的可塑性和足够的强度，为国内目前临床最常采用的外固定材料。其不足之处为体积大、笨重，常给患者造成较重的心理负担，有时甚至不被患者所接受。同时，石膏固定还存在着操作费时费力、透气性差、无法调节松紧度和不能沾水等缺点。若长时间固定还会引起一些并发症，如骨筋膜室综合症、压疮、废用性骨质疏松和关节僵硬等。此外，在胸部及上腹部行石膏背心固定后，若固定过紧，会限制胃和胸廓的扩张，导致患者出现胸闷、呼吸困难、腹痛、呕吐等症状。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在弥补现有技术的不足，提供一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法以及由该方法打印成型的外固定支架。
[0005]具体地说，本发明的第一方面是提供了一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一、对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描，获取患者需要外固定的身体部位表面点的三维数据；
[0007]步骤二、通过3D逆向工程软件对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定的身体部位的三维模型；
[0008]步骤三、根据上述患者需要外固定的身体部位的三维模型，用3D设计软件构建针对该患者的个性化矫形用外固定支架的三维模型；
[0009]步骤四、在上述个性化矫形用外固定支架的三维模型上，用3D设计软件构建透气孔和固定块，保存构建完毕的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据；
[0010]步骤五、将上述保存的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据导入3D打印机，以聚乳酸为原料打印成型，得到针对该患者的个性化矫形用外固定支架。
[0011]在一优选例中，所述个性化矫形用外固定支架分为两部分。
[0012]在另一优选例中，所述步骤一为采用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描。
[0013]在另一优选例中，所述患者是在其术后处于直立悬吊牵引状态下进行三维扫描的。
[0014]在另一优选例中,所述3D逆向工程软件为mimics软件。
[0015]在另一优选例中，所述3D设计软件为magics软件和solidworks软件。
[0016]在另一优选例中，所述透气孔的总面积占所述个性化矫形用外固定支架总面积的10%且所述透气孔均匀分布于整个支架。
[0017]在另一优选例中，所述透气孔的边缘距离所述个性化矫形用外固定支架的边缘3cm以上且所述透气孔的孔径为I?2cm。
[0018]本发明还提供了一种用上述方法打印成型的个性化矫形用外固定支架。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]1、精确:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架是完全根据患者需要外固定的身体部位的三维扫描数据重建模型而设计的，和患者需要外固定的身体部位是完全合身的，就如同穿衣服一样地方便，无需像石膏固定一样进行长时间的操作定型；
[0021]2、安全:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架是用聚乳酸材料3D打印的，这种材料是防水的，患者在日常生活过程中该外固定支架可以沾水；
[0022]3、轻便、舒适:由于使用聚乳酸材料进行3D打印制作，用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架的重量要远轻于石膏外固定支架的重量，除了完全合身外，其在固定的过程中还可以进行松紧程度的微调节，令患者更感轻便、舒适；
[0023]4、高效:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架在制作完毕后就可以供患者直接固定使用，省略了石膏外固定所需要的各项繁琐耗时的操作；
[0024]5、透气性好:用本发明的方法构建的个性化矫形用外固定支架被设计为多孔结构，保证了其透气性，避免因石膏固定透气不良而引发的并发症。
[0025]本发明各个方面的细节将在随后的章节中得以详尽描述。通过下文以及权利要求的描述，本发明的特点、目的和优势将更为明显。
【附图说明】
[0026]图1为采用本发明的方法打印制备的个性化矫形用外固定支架的示意图。
[0027]附图标记释义:1.外固定支架的主体A部分；2.外固定支架的主体B部分；3.透气孔；4.固定块。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。
[0029]实施例1 一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，其具体步骤如下:
[0030]I)应用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的部位进行三维扫描，获取该部位的表面三维点数据；此时患者需要于术后在医生的指导下在直立悬吊牵引状态下进行三维扫描;
[0031]2)通过3D逆向工程软件mimicsl0.01 (MATERIALISE公司，比利时)对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定身体部位的三维模型软件能以人体三维扫描数据为基础直接还原人体被扫描部位的三维数字模型，为下一步的支架设计奠定基础；
[0032]3)基于上述人体需要外固定部位的三维模型，利用软件magics (MATERIALISE公司，比利时)和软件solidworks (Solidworks,美国)设计矫形用外固定支架,生成的矫形用外固定支架分为两部分；
[0033]4)测量矫形用外固定支架的总面积，在支架上均匀布设透气孔，所述透气孔的总面积占支架总面积的10%，开孔直径Icm且所述透气孔的边缘距离所述支架的边缘4cm ；
[0034]5)在矫形用外固定支架两部分的左右两边的上下端各设计I个固定块，固定块距离支架的上下边缘5cm，固定块用于支架两部分的固定；
[0035]6)将构建好的矫形用外固定支架的三维数据模型以3D打印机(makerbot软件，Stratasys公司，美国)可以接受的stl格式文件保存；
[0036]7)将stl文件导入到3D打印机，然后用聚乳酸材料为原料打印成型，得到分为前后两部分的矫形用外固定支架。
[0037]用本发明的方法制得的个性化矫形用外固定支架的使用过程为:患者在医生指导下，于直立悬吊牵引状态下，将所述支架的前后两部分覆盖在患者的需要外固定的部位，在固定块上用自攻螺钉将其固定。在固定的过程中，可以根据需要调节固定的松紧度，使患者在外固定的同时感到舒适。
[0038]本发明所涉及的多个方面已做如上阐述。然而，应理解的是，在不偏离本发明精神之前提下，本领域专业人员可对其进行等同改变和修饰，所述改变和修饰同样落入本申请所附权利要求的覆盖范围。
【主权项】
1.一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，包括如下步骤: 步骤一、对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描，获取患者需要外固定的身体部位表面点的三维数据； 步骤二、通过3D逆向工程软件对所获取的三维数据进行处理，生成患者需要外固定的身体部位的三维模型； 步骤三、根据上述患者需要外固定的身体部位的三维模型，用3D设计软件构建针对该患者的个性化矫形用外固定支架的三维模型； 步骤四、在上述个性化矫形用外固定支架的三维模型上，用3D设计软件构建透气孔和固定块，保存构建完毕的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据； 步骤五、将上述保存的个性化矫形用外固定支架的三维模型数据导入3D打印机，以聚乳酸为原料打印成型，得到针对该患者的个性化矫形用外固定支架。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述个性化矫形用外固定支架分为两部分。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一为采用照相式3D扫描仪对患者需要外固定的身体部位进行三维扫描。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述患者是在其术后处于直立悬吊牵引状态下进行三维扫描的。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D逆向工程软件为mimics软件。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D设计软件为magics软件和so Iidworks 软件。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透气孔的总面积占所述个性化矫形用外固定支架总面积的10%且所述透气孔均匀分布于整个支架。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透气孔的边缘距离所述个性化矫形用外固定支架的边缘3cm以上且所述透气孔的孔径为I?2cm。9.一种用如权利要求1所述的方法打印成型的个性化矫形用外固定支架。
【专利摘要】本发明公开了一种利用3D打印制备个性化矫形用外固定支架的方法，该方法包括：通过对患者在术后牵引状态下进行三维扫描，获取患者术后需要外固定部位的外表面三维数据；经过三维重建患者需要外固定部位的三维模型，用软件设计出与患者需要外固定部位完全贴合的矫形用外固定支架，并在支架模型上布设透气孔及固定块；再以聚乳酸为原料，用3D打印机打印得到矫形用外固定支架。采用本发明的方法可以制备得到与患者术后需要外固定部位完全贴合的矫形用外固定支架，避免了石膏固定的长时间塑形，并且可以调节松紧度，轻便透气，为患者提供了更舒适的固定方式。
【IPC分类】A61F5/01
【公开号】CN104905899
【申请号】CN201410086972
【发明人】史建刚, 林腾飞, 刘青, 孟潇
【申请人】江阴瑞康健生物医学科技有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月11日
最新回复(0)