[发明专利]基于病人个性化外固定3D打印模型设计方法及切片系统

说明书

本发明公开了一种基于病人个性化外固定3D打印模型设计方法及切片系统，该方法涵盖病人病区部位表面三维扫描数据到3D打印所需GCODE代码生成的整个过程；该系统包括：数据存取模块、空间姿态调整模块、模型分割模块、模型透气孔模块、模型提取模块、模型融合模块、模型切片模块和可视化显示模块。通过本发明提供的基于骨科病人病区部位表面扫描网格的骨科外固定的设计方法和系统，能方便、稳定地设计骨科个性化外固定的两个半剖模型，并基于包围盒的切片轨迹规划和优化系统，快速生成GCODE代码，自动化程度高，适用于临床医生用于异形打印头的骨科个性化外固定的3D实物打印。

技术领域

本发明涉及一种3D打印模型设计方法及切片系统，具体是一种骨科病人病区部位表面扫描网络的个性化外固定快速3D打印的模型设计方法及切片轨迹规划系统，属于医学技术领域。

背景技术

一般而言，医用的外固定是用来固定病人某一部分损伤的肢体，减少损伤肢体的运动，有助于患者损伤肢体的恢复。常见的有骨折患者打石膏或者夹板：一方面，石膏具有可塑性，能够较好地成型，干燥后比较坚固，但是临床实践表明，石膏固定的肢体部位无法清洗，在不同情况下，石膏固定可能会压迫血管，或局部压迫产生压疮；另一方面，小夹板固定无法满足个性化需求，固定松紧程度需要医生的经验。此外，近来出现的高分子化合物绷带具有重量轻、硬度高、防水透气等优点，但操作过程依旧依靠医生经验。针对这些存在的客观问题，个性化的外固定设计至关重要。

随着3D打印在医学领域应用的不断发展，能够解决外固定个性化设计与制造问题，但目前的模型设计需要依赖专业的CAD软件，并且设计与切片是分开的系统，无法适应临床医生的实际需求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于病人个性化外固定3D打印模型设计方法及切片轨迹规划系统，其可以直接处理病人病区部位扫描得到的三维表面模型，快速得到合适的个性化外固定三维表面模型，通过包围盒切片，生成打印轨迹，并偏置和优化打印轨迹，生成GCODE代码，系统自动化程度高，操作简单，临床医生使用容易。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种基于病人个性化外固定3D打印模型设计方法，该3D打印模型设计方法包括：

S1：对病人病区部位表面三维扫描数据进行处理；

S2：采用空间姿态矩阵变换方法，进行三维点云和面片的位姿调整，并自动对齐3D打印机的打印方位；

S3：获取三维扫描模型的包围盒，赋予包围盒三个方向的移动和旋转功能，通过包围盒的旋转和大小调整，与三维网格模型进行布尔减运算，快速得到合适大小的初始外固定三维网格模型；

S4：在适应3D打印方向上，将包围盒的大小缩小一半，进行布尔减运算，得到初始外固定的两个半剖、非封闭的三维网格模型；

S5：对外固定两个半剖三维网格模型，构建顶部和底部的卡扣模型，外固定两个半剖三维网格模型分别与顶部和底部的卡扣模型进行布尔减运算，得到四个网格模型；

S6：顶部和底部的卡扣模型分别与外固定两个半剖三维网格模型进行点云和面片的拓扑融合，得到外固定的两个带卡扣的半剖三维网格模型；

S7：利用定制孔大小的包围盒、或圆柱面、或椭圆柱面，与初始外固定的两个半剖的非封闭三维网格模型进行布尔减运算，获得含透气孔的外固定两个半剖三维网格模型；

S8：分别获取两个带卡扣的含透气孔外固定的半剖网格模型的包围盒，设定切片层高，循环定义不同大小的与原包围盒方位相同的包围盒，分别切割半剖网格模型，获取并存储每层相交求得的直线；

S9：针对分层相交求得的直线，依据拓扑关系进行相交点排序，判断边界点，相邻边界点之间为空轨迹，其余点连线为需要轨迹；