本發(fā)明涉及骨科矯形醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別是涉及一種個(gè)性化踝關(guān)節(jié)骨折支具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印方法。

背景技術(shù)：

踝關(guān)節(jié)骨折是臨床上常見的骨折類型，在治療上可采用保守治療或手術(shù)治療。無(wú)論采用何種治療方式，充分的外固定和循序漸進(jìn)的康復(fù)功能鍛煉是骨折愈合和關(guān)節(jié)功能恢復(fù)的重要保證。

目前，踝關(guān)節(jié)骨折治療后多采用石膏固定以限制踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)。此類傳統(tǒng)的外固定方式存在著諸多不便和弊端：（1）石膏繃帶是直接在患者需固定部位使石膏變硬并用紗布和棉墊作為內(nèi)襯的一種固定方法，其對(duì)操作人員的技術(shù)要求比較高，石膏的塑形質(zhì)量直接影響著其對(duì)骨折固定的效果；（2）石膏固定操作過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，要求患者患側(cè)肢體始終保持所需固定的位置，給患者帶來(lái)較大痛苦；（3）石膏繃帶風(fēng)干后性狀固定，而創(chuàng)傷后踝關(guān)節(jié)部位的皮膚軟組織仍會(huì)發(fā)生進(jìn)行性腫脹，從而導(dǎo)致接觸部位發(fā)生血液循環(huán)不通暢，往往可導(dǎo)致局部皮膚壞死，在肢體腫脹消退后，石膏固定會(huì)發(fā)生松動(dòng)而導(dǎo)致固定效果降低，從而使骨折端發(fā)生再次移位，影響骨折愈合；（4）石膏固定的透射性差，X線檢查骨折愈合情況時(shí)需要拆除石膏和重新制作，往往還需要根據(jù)康復(fù)進(jìn)展以更換不同的石膏，顯著增加了治療成本；（5）石膏固定厚重且透氣性差，患者佩戴舒適度低，嚴(yán)重影響患者康復(fù)治療的依從性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種個(gè)性化踝關(guān)節(jié)骨折支具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印方法，其可以降低對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)的要求，減輕打石膏過(guò)程的痛苦，針對(duì)患者患處提供個(gè)性化的支具，高度符合患者患處外形要求，提高支具的治療效果。

本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。

提供一種個(gè)性化踝關(guān)節(jié)骨折支具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印方法，其特征在于：

步驟一、應(yīng)用激光三維掃描儀掃描自患側(cè)脛骨上段至跖趾關(guān)節(jié)平面范圍，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描時(shí)根據(jù)骨折類型使踝關(guān)節(jié)始終保持在所需固定的位置，收集完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟二、將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到逆向工程軟件中進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，具體步驟為：步驟2-1，在逆向工程軟件中將點(diǎn)云數(shù)據(jù)修飾處理，封裝并構(gòu)建出完整的掃描部位皮膚輪廓的三角片模型，步驟2-2，在逆向工程軟件中對(duì)步驟2-1中得到的皮膚輪廓進(jìn)行光順，去除特征、釘狀物等數(shù)據(jù)處理，對(duì)提取掃描部位的皮膚輪廓表面三角片進(jìn)行外向加厚，生成殼狀三維模型，數(shù)字化設(shè)計(jì)操作后的模型保存為STL格式文件；

步驟三、將上述步驟二中得到的STL文件導(dǎo)入到醫(yī)學(xué)建模軟件中根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用布爾運(yùn)算和CAD設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，對(duì)模型進(jìn)行鏤空、添加可鎖定式鉸鏈結(jié)構(gòu)處理，選取開合拆卸平面截?cái)嘀Ь卟⒓尤肟刹鹦兜倪B接結(jié)構(gòu)，將處理好的文件保存為STL格式的模型文件；

步驟四、將步驟三中得到的STL文件導(dǎo)入到3D打印前處理軟件中進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)生成得到支撐文件，并且調(diào)整好打印參數(shù)；

步驟五、將步驟三中得到的模型文件和步驟四中得到的支撐文件合并后保存為STL格式文件；

步驟六、將步驟五中處理好的文件拷貝到3D打印機(jī)中進(jìn)行打印得到帶有支撐的踝關(guān)節(jié)骨折支具模型。

其中，步驟三中模型進(jìn)行鏤空的孔可以根據(jù)患者年齡性別設(shè)計(jì)成不同的形狀。

其中，逆向工程軟件為GEOMAGIC STUDIO軟件。

其中，醫(yī)學(xué)建模軟件為MIMICS軟件。

其中，3D打印前處理軟件為MAGIC軟件。

進(jìn)一步，將踝關(guān)節(jié)骨折支具模型去除支撐后用大量的酒精進(jìn)行清洗。

進(jìn)一步，踝關(guān)節(jié)骨折支具模型的打印是采用光固化成型技術(shù)，3D打印機(jī)為光敏樹脂固化成形3D打印機(jī)。

優(yōu)選的，步驟三中的可拆卸的連接結(jié)構(gòu)為紐扣式連接結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，可鎖定式鉸鏈結(jié)構(gòu)為可動(dòng)態(tài)調(diào)整并鎖定的一種鉸鏈結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的個(gè)性化踝關(guān)節(jié)骨折支具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印方法，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）相比石膏繃帶相對(duì)降低了對(duì)制作人員經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)的要求；（2）減輕患者在治療期間反復(fù)多次更換石膏的痛苦；（3）采用激光三維掃描儀針對(duì)每個(gè)患者患肢不同外形特征及損傷情況精確提取數(shù)據(jù)，避免因損傷后軟組織進(jìn)行性腫脹及消腫后的外形變化產(chǎn)生的骨折端移位，始終保持骨折端固定穩(wěn)定性；（4）采用3D打印技術(shù)，可以采用比石膏透射性更好的材料制作支具，便于動(dòng)態(tài)X線觀察骨折愈合情況，還可輕易打開可拆卸的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，避免重新制作支具，從而降低醫(yī)療成本；（5）在制作過(guò)程中，對(duì)模型進(jìn)行鏤空處理使支具更加輕便，透氣性好，舒適度高，相對(duì)厚重的石膏具有更高的患者依從性。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，一種個(gè)性化踝關(guān)節(jié)骨折支具的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印方法，步驟一、應(yīng)用激光三維掃描儀掃描自患側(cè)脛骨上段至跖趾關(guān)節(jié)平面范圍，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描時(shí)根據(jù)骨折類型使踝關(guān)節(jié)始終保持在所需固定的位置，收集完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。激光三維掃描儀對(duì)人體無(wú)輻射、無(wú)創(chuàng)傷、采集過(guò)程快速方便。

如圖1所示，步驟二、將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到逆向工程軟件中進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，具體步驟為：步驟2-1，在逆向工程軟件中將點(diǎn)云數(shù)據(jù)修飾處理，封裝并構(gòu)建出完整的掃描部位皮膚輪廓的三角片模型，步驟2-2，在逆向工程軟件中對(duì)步驟2-1中得到的皮膚輪廓進(jìn)行光順，去除特征、釘狀物等數(shù)據(jù)處理，對(duì)提取掃描部位的皮膚輪廓表面三角片進(jìn)行外向加厚，生成特定厚度的殼狀三維模型，數(shù)字化設(shè)計(jì)操作后的模型保存為STL格式文件。采用軟件和現(xiàn)代化設(shè)備制作的矯形器，其顯然比人工制作的石膏繃帶更精確和高效，有效的防止了石膏繃帶的各種弊端，極大的提高了患者的舒適度及降低成本，在不久的將來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景。

如圖1所示，步驟三、將上述步驟二中得到的STL文件導(dǎo)入到醫(yī)學(xué)建模軟件中根據(jù)設(shè)計(jì)需要采用布爾運(yùn)算和CAD設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，對(duì)模型進(jìn)行鏤空、添加可鎖定式鉸鏈結(jié)構(gòu)處理。鏤空的處理可以達(dá)到美觀、減少材料及透氣等功能。選取開合拆卸平面截?cái)嘀Ь卟⒓尤爰~扣式連接結(jié)構(gòu)。紐扣式連接結(jié)構(gòu)可以在需要檢查患處恢復(fù)程度時(shí)打開，并在檢查完后再進(jìn)行連接，不用破壞及重復(fù)制作矯形器，降低成本，提高效率。將處理好的文件保存為STL格式的模型文件；

步驟四、將步驟三中得到的STL文件導(dǎo)入到3D打印前處理軟件中進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)生成得到支撐文件，并且調(diào)整好打印參數(shù)；

步驟五、將步驟三中得到的模型文件和步驟四中得到的支撐文件合并后保存為STL格式文件；

步驟六、如圖1所示，將步驟五中處理好的文件拷貝到3D打印機(jī)中進(jìn)行打印得到帶有支撐的踝關(guān)節(jié)骨折支具模型。

將踝關(guān)節(jié)骨折支具模型去除支撐后用大量的酒精進(jìn)行清洗。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。