一種人工骨的制備方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人工骨的制備方法及系統(tǒng)。該方法包括獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據；根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖；根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。通過獲取的患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據建立三維多孔模型圖，然后制備三維多孔人工骨，該技術方案制備的人工骨因其為三維多孔結構，體現了個體化、輕量化的特點，多孔結構適合組織或骨的長入，具有良好的生物相容性。
【專利說明】
_種人工骨的制備方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及骨缺損修復領域，尤其涉及一種人工骨的制備方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]骨缺損修復一直是困擾著矯形外科和骨科醫(yī)生的一個難題，每年都有大量的病人因各種原因導致骨缺損難以修復，人工骨移植材料在最近幾十年得以迅速發(fā)展，但現有技術制備的人工骨質量重、生物相容性差，其綜合性能難以令人滿意。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種人工骨的制備方法及系統(tǒng)，本發(fā)明旨在解決目前人工骨質量重、生物相容性差的問題，提供一種個體化、輕量化的三維多孔人工骨的制備方法及系統(tǒng)。
[0004]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0005]一種人工骨的制備方法，包括:
[0006]獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據；
[0007]根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖；
[0008]根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。
[0009]其中，所述根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖，包括:
[0010]根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖；
[0011]對所述原始骨骼模型圖進行優(yōu)化處理，補全破面、消除多余網格，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述原始骨骼模型圖內嵌自由點；
[0012]所述表面網格交點和內嵌自由點連接成線，依據所成線建立形狀實體，再形成微結構圖，得到網格模型圖；
[0013]將所述網格模型圖導入軟件中進行修改、優(yōu)化，消除多余的幾何點、面，修復自相交的面和線，調整網格大小和質量，得到修復后的網格模型圖；
[0014]將所述修復后的網格模型圖進行曲面生成，創(chuàng)建三維多孔模型圖；
[0015]將所述三維多孔模型圖與原始骨骼模型圖及患者骨骼損傷部位的周邊組織環(huán)境、骨、皮層曲面進行匹配，得到匹配好的三維多孔模型圖；
[0016]將所述匹配好的三維多孔模型圖導入有限元處理軟件中，進行生物流體力學分析，得到設計好的三維多孔模型。
[0017]其中，形狀實體包括:圓柱實體、長方體實體、或正方體實體。
[0018]其中，根據所述三維多孔模型圖制備人工骨，包括:
[0019]將所述三維多孔模型圖導入到3D打印機中，打印該三維多孔模型圖，得到三維多孔人工骨；
[0020]對所述三維多孔人工骨進行表面處理，得到處理后的三維多孔人工骨。
[0021 ]其中，根據所述三維多孔模型圖制備人工骨之后，還包括:
[0022]對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，以檢查是否達到要求。
[0023]其中，對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，包括:
[0024]對所述處理后的三維多孔人工骨進行3D掃描，得到三維圖形，將所述三維圖形與所述三維多孔模型圖進行測量比對；
[0025]將所述三維多孔人工骨與患者進行匹配試驗。
[0026]其中，三維多孔人工骨的孔隙大小為150-500微米。
[0027]其中，上述獲取患者損傷部位的醫(yī)學圖像數據，包括:通過CT或MRI對患者損傷部位進行薄層掃描，所述薄層厚度為0.625mm，所述醫(yī)學圖像數據的格式為DIC0M3.0。
[0028]其中，上述3D打印機中使用的材料為納米級羥基磷灰石+PLA復合材料，或鈦合金材料。
[0029]一種人工骨的制備系統(tǒng)，包括:
[0030]數據獲取模塊，用于獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據；
[0031 ]模型創(chuàng)建模塊，用于根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖；
[0032]人工骨制備模塊，用于根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。
[0033]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種人工骨的制備方法及系統(tǒng)。該方法包括獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據;根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖；根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。通過獲取的患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據建立三維多孔模型圖，然后制備三維多孔人工骨，該技術方案制備的人工骨因其為三維多孔結構，體現了個體化、輕量化的特點，多孔結構適合組織或骨的長入，具有良好的生物相容性。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種人工骨的制備方法的方法流程圖。
[0035]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種人工骨的制備方法的方法流程圖。
[0036]圖3是本發(fā)明實施例三提供的一種人工骨的制備系統(tǒng)的結構方框圖。
[0037]圖4是本發(fā)明實施例四提供的一種人工骨的制備系統(tǒng)的結構方框圖
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0039]實施例一
[0040]如圖1所示，本實施例提供一種人工骨的制備方法，包括以下步驟:
[0041]SlOl，獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據。
[0042]S102，根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖。
[0043 ] S13，根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。
[0044]本實施例中，通過獲取的患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據建立三維多孔模型圖，然后制備三維多孔人工骨，該技術方案制備的人工骨因其為三維多孔結構，體現了個體化、輕量化的特點，多孔結構適合組織或骨的長入，具有良好的生物相容性。
[0045]實施例二
[0046]如圖2所示，本實施例提供一種人工骨的制備方法，在實施例一的基礎上增加了幾個步驟，包括:
[0047]S201，獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據。
[0048]具體的，通過CT或MRI對患者損傷部位進行薄層掃描，所述薄層厚度為0.625mm，其醫(yī)學圖像數據的格式為DI COM3.0。
[0049]S202，根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖。
[0050]本實施例中，將患者骨骼損傷部位的CT或MRI影像數據導入計算機三維重建軟件里，根據人體CT灰度值反應了物質對X線的衰減大小，如水的灰度值定義為0，脂肪的CT值為-100，骨皮質密度為2000，因此以CT骨骼成像為例，對灰度值進行篩選精確還原得到損傷及需要修補的三維模型，對其分析生理結構及解剖結構。
[0051 ]本實施例中，原始骨骼模型圖的格式保存為stl、stp、obj、max、3ds、ma、vtk、或igs，以用于傳輸、存儲、瀏覽、檢查、修改和加工生產。
[0052]S203，對所述原始骨骼模型圖進行優(yōu)化處理，補全破面并消除多余網格，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述原始骨骼模型圖內嵌自由點。
[0053]S204，所述表面網格交點和內嵌自由點連接成線，依據所成線建立形狀實體，再形成微結構圖，得到網格模型圖。
[0054]本實施例中，形狀實體包括:圓柱實體、長方體實體、或正方體實體。
[0055]S205，將所述網格模型圖導入軟件中進行修改和優(yōu)化，消除多余的幾何點和面，修復自相交的面和線，調整網格大小和質量，得到修復后的網格模型圖。
[0056]本實施例中，采用逆向工程軟件Geomagic對網格模型圖進行修改和優(yōu)化。
[0057]S206，將所述修復后的網格模型圖進行曲面生成，創(chuàng)建三維多孔模型圖。
[0058]S207，將所述三維多孔模型圖與原始骨骼模型圖及患者骨骼損傷部位的周邊組織環(huán)境、骨、和皮層曲面進行匹配，得到匹配好的三維多孔模型圖。
[0059]S208，將所述匹配好的三維多孔模型圖導入有限元處理軟件中，進行生物流體力學分析，得到設計好的三維多孔模型。
[0000]具體的，本實施例中的有限元處理軟件為ansys。
[0061]本實施例中，將設計好的三維多孔模型導入到犀牛軟件中，采用對人體安全可靠的力學結構及一種輕量化三維多孔結構模型設計，肉眼可以觀察到模型空隙形態(tài)、取向規(guī)則有序，用放大鏡觀察，可以觀察到孔是相互交聯貫通的，孔隙大小為150?500微米，適合組織或骨長入。[0062 ] S209，將所述三維多孔模型圖導入到3D打印機中，打印該三維多孔模型圖，得到三維多孔人工骨。
[0063]將設計好的輕量化三維多孔模型保存為STL、STP等格式，以用于傳輸，存儲，瀏覽，檢查，修改和加工生產。然后對其進行程序編寫，導入到生物3D打印機中添加好已經配備好的材料來生產一種輕量化三維多孔人工骨。
[0064]本實施例中，3D打印機中使用的材料為納米級羥基磷灰石與PLA的復合材料，或鈦合金材料。
[0065]S2010，對所述三維多孔人工骨進行表面處理，得到處理后的三維多孔人工骨。
[0066]S2011，對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，以檢查是否達到要求。
[0067]具體的，對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，包括:
[0068]對所述處理后的三維多孔人工骨進行3D掃描，得到三維圖形，將所述三維圖形與所述三維多孔模型圖進行測量比對；
[0069]將所述三維多孔人工骨與患者進行匹配試驗。
[0070]本實施例提供一種人工骨的制備方法，其特點是人工骨的結構為三維多孔結構，通過獲取的患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據建立三維多孔模型圖，然后制備三維多孔人工骨，該技術方案制備的人工骨因其為三維多孔結構，體現了個體化、輕量化的特點，多孔結構適合組織或骨的長入，具有良好的生物相容性。
[0071]本實施例通過微孔設計方法，設計滿足生理結構，解剖結構，運動力學，生物力學的三維多孔模型，通過對模型的完善和優(yōu)化，使得設計的多孔結構滿足生物流體力學，其工藝簡單，制作方便，制作周期短。采用3D打印技術打印設計好的三維多孔模型，得到實物三維多孔人工骨，對打印出來的三維多孔人工骨進行匹配、表面處理、及進行實物驗證，最終得到生物相容性好、輕量化的三維多孔人工骨，以滿足骨損傷患者的需求。
[0072]實施例三
[0073]如圖3所示，本實施例提供一種人工骨的制備系統(tǒng)，本實施例與實施例一中的方法相對應，包括:
[0074]數據獲取模塊310，用于獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據。
[0075]模型創(chuàng)建模塊320，用于根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖。
[0076]人工骨制備模塊330，用于根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。
[0077]本實施例中的系統(tǒng)的各模塊協(xié)同工作，通過獲取的患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據建立三維多孔模型圖，然后制備三維多孔人工骨，該技術方案制備的人工骨因其為三維多孔結構，體現了個體化、輕量化的特點，多孔結構適合組織或骨的長入，具有良好的生物相容性。
[0078]實施例四
[0079]如圖4所示，本實施例提供一種具體的人工骨的制備系統(tǒng)，本實施例在實施例三的基礎上增加了幾個模塊，本實施例與實施例二中的方法相對應，若有未詳盡之處，可參考實施例二。
[0080]一種人工骨的制備系統(tǒng)，包括:
[0081]數據獲取模塊410，獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據。
[0082]具體的，通過CT或MRI對患者損傷部位進行薄層掃描，所述薄層厚度為0.625mm，其醫(yī)學圖像數據的格式為DI COM3.0。
[0083]模型創(chuàng)建模塊420，用于根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖。
[0084]本實施例中，模型創(chuàng)建模塊420，包括:
[0085]根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖；
[0086]對所述原始骨骼模型圖進行優(yōu)化處理，補全破面并消除多余網格，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述原始骨骼模型圖內嵌自由點；
[0087]所述表面網格交點和內嵌自由點連接成線，依據所成線建立形狀實體，再形成微結構圖，得到網格模型圖；
[0088]將所述網格模型圖導入軟件中進行修改和優(yōu)化，消除多余的幾何點和面，修復自相交的面和線，調整網格大小和質量，得到修復后的網格模型圖；
[0089]將所述修復后的網格模型圖進行曲面生成，創(chuàng)建三維多孔模型圖；
[0090]將所述三維多孔模型圖與原始骨骼模型圖及患者骨骼損傷部位的周邊組織環(huán)境、骨、和皮層曲面進行匹配，得到匹配好的三維多孔模型圖；
[0091]將所述匹配好的三維多孔模型圖導入有限元處理軟件中，進行生物流體力學分析，得到設計好的三維多孔模型。
[0092]本實施例中，原始骨骼模型圖的格式保存為stl、stp、obj、max、3ds、ma、vtk、或igs，以用于傳輸、存儲、瀏覽、檢查、修改和加工生產。形狀實體包括:圓柱實體、長方體實體、或正方體實體。采用逆向工程軟件Geomagic對網格模型圖進行修改和優(yōu)化。
[0093]具體的，本實施例中的有限元處理軟件為ansys。
[0094]本實施例中，將設計好的三維多孔模型導入到犀牛軟件中，采用對人體安全可靠的力學結構及一種輕量化三維多孔結構模型設計，肉眼可以觀察到模型空隙形態(tài)、取向規(guī)則有序，用放大鏡觀察，可以觀察到孔是相互交聯貫通的，孔隙大小為150?500微米，適合組織或骨長入。
[0095 ] 3D打印模塊430，用于將所述三維多孔模型圖導入到3D打印機中，打印該三維多孔模型圖，得到三維多孔人工骨。
[0096]本實施例中，3D打印機中使用的材料為納米級羥基磷灰石與PLA的復合材料，或鈦合金材料。
[0097]表面處理模塊440，用于對所述三維多孔人工骨進行表面處理，得到處理后的三維多孔人工骨。
[0098]實物驗證模塊450，用于對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，以檢查是否達到要求。
[0099]本實施例提供的一種人工骨的制備系統(tǒng)，通過微孔設計方法，設計滿足生理結構，解剖結構，運動力學，生物力學的三維多孔模型，通過對模型的完善和優(yōu)化，使得設計的多孔結構滿足生物流體力學，其工藝簡單，制作方便，制作周期短。采用3D打印技術打印設計好的三維多孔模型，得到實物三維多孔人工骨，對打印出來的三維多孔人工骨進行匹配、表面處理、及進行實物驗證，最終得到生物相容性好、輕量化的三維多孔人工骨，以滿足骨損傷患者的需求。
[0100]以上結合具體實施例描述了本發(fā)明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種人工骨的制備方法，其特征在于，包括: 獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據； 根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖； 根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖，包括: 根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖； 對所述原始骨骼模型圖進行優(yōu)化處理，補全破面并消除多余網格，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述原始骨骼模型圖內嵌自由點； 所述表面網格交點和內嵌自由點連接成線，依據所成線建立形狀實體，再形成微結構圖，得到網格模型圖； 將所述網格模型圖導入軟件中進行修改和優(yōu)化，消除多余的幾何點和面，修復自相交的面和線，調整網格大小和質量，得到修復后的網格模型圖； 將所述修復后的網格模型圖進行曲面生成，創(chuàng)建三維多孔模型圖； 將所述三維多孔模型圖與原始骨骼模型圖及患者骨骼損傷部位的周邊組織環(huán)境、骨、和皮層曲面進行匹配，得到匹配好的三維多孔模型圖； 將所述匹配好的三維多孔模型圖導入有限元處理軟件中，進行生物流體力學分析，得到設計好的三維多孔模型。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述三維多孔模型圖制備人工骨，包括: 將所述三維多孔模型圖導入到3D打印機中，打印該三維多孔模型圖，得到三維多孔人工骨； 對所述三維多孔人工骨進行表面處理，得到處理后的三維多孔人工骨。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據所述三維多孔模型圖制備人工骨之后，還包括: 對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，以檢查是否達到要求。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述對所述處理后的三維多孔人工骨進行檢驗，包括: 對所述處理后的三維多孔人工骨進行3D掃描，得到三維圖形，將所述三維圖形與所述三維多孔模型圖進行測量比對； 將所述三維多孔人工骨與患者進行匹配試驗。6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述形狀實體包括:圓柱實體、長方體實體、或正方體實體。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述三維多孔人工骨的孔隙大小為150-500微米。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取患者損傷部位的醫(yī)學圖像數據，包括:通過CT或MRI對患者損傷部位進行薄層掃描，所述薄層厚度為0.625mm，所述醫(yī)學圖像數據的格式為DIC0M3.0。9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述3D打印機中使用的材料為納米級羥基磷灰石與PLA的復合材料，或鈦合金材料。10.一種人工骨的制備系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數據獲取模塊，用于獲取患者骨骼損傷部位的醫(yī)學圖像數據； 模型創(chuàng)建模塊，用于根據所述醫(yī)學圖像數據得到患者骨骼損傷部位的原始骨骼模型圖，對所述原始骨骼模型圖進行圖像處理，提取所述原始骨骼模型圖的表面網格交點，所述表面網格交點與內嵌自由點連接成線，根據所成線形成微結構圖，創(chuàng)建三維多孔模型圖； 人工骨制備模塊，用于根據所述三維多孔模型圖制備三維多孔人工骨。
【文檔編號】G06F19/00GK105912863SQ201610227190
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】趙小文, 張東鋒, 趙文平, 蔡君華
【申請人】深圳市艾科賽龍科技有限公司