[发明专利]一种应用激光扫描、有限元分析和3D打印技术定制符合生物力学的扩张器的方法

摘要

本发明公开了一种应用激光扫描、有限元分析和3D打印技术定制符合生物力学的扩张器的方法。它包括以下三步：(一)根据激光体表扫描技术获得的体表三维数据，据此设计贴合拟扩张区域的扩张器底面；(二)利用有限元分析软件，了解扩张结束时皮肤各处的受力情况，据此调整扩张囊的形状，对皮肤受压过高局部进行曲率调整，设计出对皮肤压力相对分散的扩张囊；(三)在扩张囊基础上添加导水管和注射阀门，并利用3D打印技术打印出定制扩张器。本发明的扩张器定制方法利用有限元分析软件了解扩张结束时皮肤各处的受力情况，对于皮肤受压过高的局部进行曲率调整，设计出符合生物力学的扩张囊，有利于减小扩张过程中皮肤破溃的风险，提高了扩张效率。

主权项

1.一种应用激光扫描、有限元分析和3D打印技术定制符合生物力学的扩张器的方法，其特征在于，主要包括以下三个步骤：(一)根据激光体表扫描技术获得的体表三维数据，设计贴合拟扩张区域的扩张器底面；(二)利用有限元分析软件，了解扩张结束时皮肤各处的受力情况，据此调整扩张囊的形状，对于皮肤受压过高的局部进行曲率调整，由此设计出对皮肤压力相对分散的扩张囊；(三)在扩张囊基础上添加导水管和注射阀门，并利用3D打印技术打印出定制扩张器；具体按下述步骤进行：(1)扩张器底面的设计首先通过激光体表扫描仪扫描获得患者体表局部的三维数据，临床医师在软件上勾选出拟扩张的范围，并对边缘进行光滑处理，由此形成一块边缘光滑，贴合局部体表外形的曲面；将所得曲面导入3D建模软件进行进一步修整，设置曲面高为3‑5mm，边缘圆弧化，即可作为扩张器的底面；(2)扩张囊的设计和外形的优化(A)用穹隆结构包裹扩张器底面，形成扩张囊的初步外形，在有限元分析软件中构建皮肤扩张模型，并导入设计好的扩张囊形状，设定扩张囊起始体积为0；(B)对修复病变组织所需的组织面积进行估计，选取扩张皮肤表面积为病变组织表面积的120‑200％作为扩张终点；(C)达到扩张终点后，分析扩张皮肤各处的受力情况，对压力超过5.3‑6.5kPa的部分进行标记，并降低此处扩张囊表面的曲率；(D)将新设计的扩张囊导入皮肤扩张模型，再次分析扩张到终点后皮肤各处的受力，若各处受力均小于5.3‑6.5kPa，则认为扩张囊对扩张皮肤各处的压力相对均匀，即完成了扩张囊的设计和外形的优化；(3)导水管和注射阀门的设计将最终确定的扩张囊模型导入3D建模软件，加上组成扩张器必要的导水管和注射阀门结构；导水管一端与注射阀门固定连接，另一端固定于扩张囊底部；(4)扩张器的3D打印将扩张器模型导入硅胶3D打印机，采用医用硅胶进行打印。