[发明专利]一种3D打印胫骨远端钢板及其制备方法

权利要求书

1.一种3D打印胫骨远端钢板的制备方法，其特征在于，通过以下步骤进行：

1.1.采集目标对象患侧与健侧双侧胫骨的计算机断层影像数据，并将获得的目标对象的计算机断层影像数据导入三维重建系统中，根据计算机断层影像数据的灰度进行图像阈值划分与图像分割处理，建立目标对象的双侧胫骨初始三维模型，包括该目标对象的健侧胫骨初始三维模型与患侧胫骨初始三维模型；

1.2.以目标对象的正中矢状面为参考，使用三维建模软件的镜像对称得到与健侧胫骨初始三维模型对称的患侧胫骨的参考三维模型，患侧胫骨的参考三维模型作为目标对象的患侧胫骨骨折前完整的镜像胫骨参考模型；

1.3.对镜像胫骨参考模型进行表面修饰处理，表面修饰处理具体是：使用逆向工程软件对镜像胫骨模型进行轮廓提取、曲面片构造、网格编辑操作将镜像胫骨模型拟合成胫骨实体模型；

1.4.将拟合成的胫骨实体模型导入CAD软件中，提取胫骨远端曲面作为原型钢板曲面，并沿曲面法向向外增厚，得到曲面钢板模型；

并根据目标对象患侧的骨折形态配置螺钉，并对曲面钢板模型进行螺钉定向和打孔配置操作，得到胫骨远端原型钢板；

1.5.将胫骨远端原型钢板连同螺钉导入有限元分析软件，得到胫骨远端骨折钢板内固定有限元模型雏形；

1.6.将胫骨远端骨折钢板内固定有限元模型雏形导入拓扑优化软件中，设置优化区域、优化策略、设计响应、目标函数和约束条件等的优化参数，进行优化分析并进入优化迭代运算，直至优化结果满足目标函数最小化及约束条件，将获得优化后的模型导入CAD软件中，对钢板进行重新的设计，得到优化钢板模型；

1.7.将步骤1.6中优化钢板模型第二次导入有限元分析软件中进行分析验证，若结果满足设计预期标准，则进入步骤1.9；否则，进入步骤1.8；

1.8.将优化钢板模型作为胫骨远端骨折钢板内固定有限元模型雏形，返回步骤1.6；

1.9.将优化钢板模型导入到3D打印成型设备中，利用3D打印前处理软件对模型进行支撑生成，并选择成型材料和快速成型工艺完成钢板的打印成型，再对钢板进行去除支撑、抛光等后续处理，最终得到成品钢板。

2.根据权利要求1所述的3D打印胫骨远端钢板的制备方法,其特征在于：所述步骤1.1中，双侧胫骨的计算机断层影像数据通过CT扫描、MRI扫描成像设备获取；

所述步骤1.1中，计算机断层影像数据所采用的三维重建软件为Mimics、GeomagicStudio、SolidWorks和UG NX三维计算机建模软件；

所述步骤1.1中，所采用的三维重建软件为Mimics、Simpleware或3D-doctor医学图像重建软件的一种或者多种；

所采用的图像分割处理方法为阈值自动分割法、区域增长分割法、手动分割法中的一种分割法或多种分割法的组合。

3.根据权利要求2所述的3D打印胫骨远端钢板的制备方法,其特征在于：所述步骤1.2中，获得目标对象患侧胫骨骨折前的完整参考模型所使用的软件为Mimics、Simpleware或3D-doctor医学图像重建软件中的一种软件或多种软件的组合。

4.根据权利要求3所述的3D打印胫骨远端钢板的制备方法,其特征在于：所述步骤1.3中，构建实体模型所使用的逆向工程软件为Geomagic studio、CopyCAD、Imageware或RapidForm软件中的一种；

所述表面修饰处理方法包括表面光顺、重画网格、松弛网格、去除局部特征、填充孔中的一种方法或多种方法的组合。

5.根据权利要求4所述的3D打印胫骨远端钢板的制备方法,其特征在于：所述步骤1.4中，构建胫骨远端原型钢板的步骤包括：草图绘制、拉伸、实体布尔运算、特征设计中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的3D打印胫骨远端钢板的制备方法,其特征在于：所述步骤1.6中，拓扑优化方法为均匀化方法、变密度法、刚度法、应变能法或迭代算法。