[发明专利]一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法

权利要求书

1.一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法，其特征在于，包括：

S1、通过PC端主控台，将患者信息录入；

S2、在PC端主控台启动扫描，或人工自动驱动光扫描仪扫描患者病区躯干，获取个性化的三维表面网格模型；

S3、模型生成：包括个性化的外固定模型生成、外固定打印模型自动切片，所生成的外固定模型适用于任何类型骨折临床复位后的固定；

S4、打印方位调整：采用空间姿态矩阵变换方法，进行外固定三维网格模型的位姿调整，沿Z轴方向自动对齐3D打印机的打印方位；

S5、表面打孔：利用定制孔大小的包围盒、或圆柱面、或椭圆柱面，与外固定打印模型作布尔运算，对外固定打印模型进行打孔，因而透气并减重，更新外固定打印模型；

S6、自动生成3D打印控制指令；

S7、输出每层的打印坐标信息，打印轨迹点依次输出其X、Y、Z坐标；

S8、每层相邻线段夹角计算及输出：计算每层轨迹相邻直线段之间的夹角，并将该角度添加到每层相邻打印轨迹线，输出带角度的GCODE代码；

S9、外固定打印：通过有线/无线传输3D打印控制指令，可控制多台3D打印机，实现本地和远程的自动打印。

2.根据权利要求1所述的一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法，其特征在于，步骤S3中，所述外固定模型生成，包括：

S301、外固定初始模型生成：由于躯干部分表面三维扫描模型较大，且边界散乱，获取三维扫描模型的包围盒，包围盒的形状为具有六个平面的长方体，赋予包围盒三个方向的移动和旋转功能，调整包围盒的旋转和大小，依次将六个平面与三维网格模型进行布尔切割运算，快速得到骨折损伤区域合适大小的外固定初始三维网格模型；

S302、外固定初始模型光顺与偏置：外固定初始模型为三角形网格曲面模型，采用Laplacian算法对外固定初始三维网格模型的表面进行光顺；由于外固定初始三维网格模型的表面与躯干面是贴合的，需要依据打印头的尺寸进行距离d的偏置；对光顺后的表面模型进行采样，获取采样点，由采样点建立隐式曲面，将隐式曲面进行距离d的偏置，最后采用移动立方体MC的算法进行隐式曲面网格化，得到偏置曲面；

S303、外固定打印模型生成：依据不同类型骨折临床复位后的固定要求，对偏置后的三维网格模型，采用其包围盒和几何扫描网格曲面工具，与偏置后的三维网格模型作布尔切割运算，获得对半或者任意大小的合适的外固定三维网格模型。

3.根据权利要求1所述的一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法，其特征在于，所述外固定打印模型自动切片，包括：

S304、按层高切片：切片方向沿Z向上，设定切片层高h，由外固定打印模型包围盒的Z向最大值Zmax减去最小值Zmin，除以层高，得到打印的层数n，循环定义与原包围盒方位相同、但Z向最大值z'_max＝z_min+i×h(0＜i≤n)的切割包围盒，分别切割外固定打印模型，获取并存储每层相交求得的直线；

S305、排序：针对分层相交求得的直线，通过相交线段拓扑关系，寻找每层内部边界点和相邻两层外部边界点，获取每层轨迹点的次序和相邻层间轨迹的最短连接，生成往复的高效打印轨迹和快速移动的空走轨迹；

S306、轨迹优化：在一定精度下，为避免喷头没必要的旋转，根据轨迹线段的长度，剔除长度极小线段，更新线段拓扑关系，然后在一定精度下判断相邻两线段是否共线，如共线，剔除相邻线段的交点，将相邻线段首尾两点相连形成一条线段，更新拓扑关系，得到优化的打印轨迹。

4.根据权利要求1所述的一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法，其特征在于：患者信息管理、患者病区扫描的启动、模型生成及打印指令的传输控制集成在PC端主控台，个性化外固定模型生成和切片功能集成为统一的系统环境。

5.根据权利要求2所述的一种个性化骨科外固定全自动3D打印的方法，其特征在于：步骤S301和步骤S302对扫描设备获取的三维表面网格模型进行初始快速切割、光顺和偏置；

步骤S303依据不同类型骨折临床复位后的固定要求，对偏置后的三维网格模型，采用其包围盒和几何扫描网格曲面工具，与偏置后的三维网格模型作布尔切割运算，获得对半或者任意大小的合适的外固定三维网格模型。