[发明专利]一种3D打印胫骨远端钢板及其制备方法

说明书

一种3D打印胫骨远端钢板的制备方法，通过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，利用计算机断层影像数据建立目标对象骨折前患侧胫骨的参考三维模型，并拟合成胫骨实体模型。将拟合成的胫骨实体模型导入CAD中制成胫骨远端原型钢板，再将胫骨远端原型钢板进行第一次有限元分析和拓扑优化，并将有限元分析和优化后的模型再次导入CAD中，生成优化钢板模型。将优化后的钢板模型进行第二次有限元分析和拓扑优化，并判断是否达到设计预期标准，若达到预期标准，则进行3D打印制备，否则进行再次的模型优化。最后，并对该胫骨钢板进一步加工。该方法解决了传统胫骨内固定钢板难以达到的个性化解剖匹配、固定稳定性不足等问题。

技术领域

本发明涉及骨关节损伤临床修复重建和植入式医疗器械设计技术领域，特别涉及一种3D打印胫骨远端钢板及其制备方法。

背景技术

胫骨骨折是四肢骨折的一种常见类型,其中胫骨远端骨折约占胫骨骨折的7.2％。胫骨远端骨折往往为高能量损伤所致。目前，切开复位内固定作为治疗胫骨远端骨折的方法一种不可替代的治疗手段应用于需要解剖复位的涉及关节面的骨折以及需要维持稳定的远端1/3不稳定性骨折。

临床上常用锁定加压钢板对胫骨远端骨折进行固定，对于涉及胫骨远端关节面的，可能需要多块钢板并联合多条入路才能兼顾稳定固定与解剖复位。由于胫骨远端骨折的特点，市场上的制式锁定钢板进行内固定的时候，钢板存在切迹过大、难以塑形、解剖匹配度差等问题，容易导致术后皮瓣坏死，不利于目标对象的康复。

传统规格化的胫骨锁定钢板产品，解剖匹配度、钢板切迹以及支撑重建效果均难以满足临床骨折治疗需求，固定效果无法实现个体化和最优化，特别在定制化方面，传统制造手段获取的定制化植入胫骨远端钢板具有成本高、加工困难等局限，不利于临床推广应用。

因此针对现有技术不足，提供一种3D打印胫骨远端钢板的制备方法以解决现有技术不足甚为必要。

因此，针对上述现有技术不足，如何综合运用医学影像和工程结构优化技术来进行胫骨远端内固定钢板的个性化设计和制造以实现解剖匹配、切迹更低、生物力学稳定性更好、术后皮瓣坏死风险更低的个性化胫骨远端内固定钢板是解决目前胫骨远端骨折内固定治疗问题的关键，提供一种基于拓扑优化的个性化3D打印胫骨远端钢板的制备方法以克服现有技术不足十分必要。

发明内容

本发明的目的之一在于避免现有技术的不足之处而提供一种3D打印胫骨远端钢板的制备方法。该3D打印胫骨远端钢板的制备方法解决了传统胫骨内固定钢板难以达到的个性化解剖匹配、固定稳定性不足等问题。

本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

提供一种3D打印胫骨远端钢板的制备方法,该设计方法通过以下步骤进行：

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。