[发明专利]一种基于CT影像的3D打印仿真骨的制造方法

说明书

本发明公开了一种基于CT影像的3D打印仿真骨的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)根据仿真骨的力学属性，进行微结构的设计；所设计的微结构可通过改变胞元参数实现与人体不同密度松质骨的力学等效；(2)建立临床CT信息和仿真骨的骨力学属性的关联，仿真骨内部以CT值为依据划分区域，在不同区域内进行等效微结构的设计；(3)不同孔隙率的微结构分区间设有过渡区，过渡区的胞元特征参数通过函数控制，实现不同孔隙率的微结构分区间的平滑过渡；(4)通过3D打印技术重建力学等效仿真骨。通过上述步骤可制作力学等效的仿真骨，起到良好的术前模拟作用，提高手术的成功率。

技术领域

本发明属于骨科术前模拟的模型骨技术领域，具体涉及一种基于CT影像的3D打印仿真骨的制造方法。

背景技术

老年人因骨质疏松容易发生骨折。由于骨质和骨折线的个体化差异大，往往需要在术前利用模型骨进行手术方案设计，减少风险，提高成功率。而目前市面上的模型骨主要包含两种：一种是基于形态学统计所研制的标准骨模型，该种骨模型相对于健康成人骨是力学等效的，但无法实现骨的个性化定制，因此对于骨质疏松的骨来说，力学性能差异较大，且需要手动制备骨折模型；另一种为3D打印骨，市面上现有的3D打印骨由临床CT重建模型完成打印，因此在外形上具有高度还原性，但其并未考虑打印材料的力学属性，以及打印模型的内部结构，导致其与真实骨的力学性能具有较大的差异。综上所述，市面上现有的模型骨难以起到良好的术前模拟作用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于CT影像的3D打印仿真骨的制造方法，以实现仿真骨的个性化定制以及力学等效特性。主要内容包括：建立临床CT信息和骨力学属性的关联，根据骨的力学属性，通过微结构设计，借助3D打印技术重建力学等效仿真骨。该仿真骨不仅可以用于术前准备，以提高手术成功率，还可以用于医学专业的临床教学和实验研究工作。

本发明采取的技术方案为：

一种基于CT影像的3D打印仿真骨的制造方法，具体包括如下步骤：

(1)根据骨的力学属性，进行微结构的设计，所述微结构的设计以骨内部骨小梁的真实形态为依据，进行简化等效，对于不同的解剖部位有不同曲面模式的微结构与之对应；

(2)建立临床CT信息和仿真骨的骨力学属性的关联，按照骨的CT值将骨分为若干个区域，对于每个区域赋予不同孔隙率的等效微结构，更加接近人体骨力学属性分布不均匀的情况；

(3)不同孔隙率的微结构分区间设有过渡区，过渡区的胞元特征参数通过函数控制，实现不同孔隙率的微结构分区间的平滑过渡；

(4)通过3D打印技术重建力学等效仿真骨。

进一步的，所述步骤(3)中过渡区胞元特征参数的变化规律如公式1所示：

其中，X₁、X₂分别表示两种不同孔隙率微结构边界的相对位置。

进一步的，所述公式1中的K为比例系数，其表达式如公式2所示：

其中，X₁、X₂分别表示两种不同孔隙率微结构边界的相对位置。

进一步的，当微结构为板状类骨结构时，R₁、R₂分别代表两种孔隙率板状类骨结构的板厚度，r表示不同孔隙率结构衔接区域的任一位置的板厚度。

进一步的，当微结构为柱状类骨结构时，R₁、R₂分别代表两种孔隙率柱状类骨结构的柱横截面直径，r表示不同孔隙率结构衔接区域的任一位置的柱横截面直径。