一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法

摘要

本发明公开了一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，具体包括如下步骤：步骤1：设备及相关人员的基本准备工作，步骤2：相关数据的采集工作，步骤3：植入物和支撑体系设计，本发明涉及3D打印技术领域。该骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，装置能够首先生产较为精确的三维数据模型，后期在对骨关节打印时，通过保持温度和湿度的恒定，能够进一步提高相关打印的精确程度，并且操作合理，方便病患操作使用，过对植入物和支撑体系的全面设计，能够有效避免骨关节直接与人体软组织相互磨损，并且通过支撑体系建模设计，能够提高骨关节整体的工作强度，有效的保障骨关节的工作寿命，提高骨关节相关工作性能。

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。骨关节由相邻的骨之间借结缔组织构成的囊相连。骨与骨间接连接称骨关节。相对的骨面之间有腔隙，腔内含有少量滑液。它的活动幅度较大，每个关节都有关节面、关节囊、关节腔。某些关节还有韧带、关节盘和半月板等辅助结构。人体之所以能够活动自如，就是因为有骨关节的结构，大部分的骨关节，不但是提供人体活动之需，并经由软骨保护骨头避免磨损。

传统医学对待骨受伤的病患并没有很好的疗效，但是现今可以根据病患的实际患病位置对病患进行骨关节的快速置换，但是各个患者的实际病患位置不同，需要置换的骨关节也有尺寸差别，传统的广谱型置换模式无法对各个具体病患进行最佳匹配。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，解决了各个患者的实际病患位置不同，需要置换的骨关节也有尺寸差别，广谱型置换模式无法对各个具体病患进行最佳匹配的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：设备及相关人员的基本准备工作：对金属3D打印机进行通电功能测试，逐项测试基本操作能力，确保机器内部没有故障点，一旦出现测试问题，及时对机器进行维修，工作人员对机器进行全面维护；

步骤2：相关数据的采集工作：对患者相关器官结构进行CT扫描，扫描前对静脉注入水溶性有机碘剂5-15毫升，然后观察生成的三维数据模型，保存数据模型相关数据；

步骤3：植入物和支撑体系设计：对植入物进行总体选择，并且在病患身体表面进行排斥反应测试，最终确定效果最佳的植入物，然后通过植入物和3D骨关节的匹配程度，对植入物进行锚定和孔隙建模，对打印成品进行网格设计并且进行建模，然后对总体进行支撑设计，通过对打印路径的选择和相关热力载荷分析；

步骤4：打印文件准备工作：对打印路径进行选择，分析打印文件的格式相关打印参数，对打印模型进行基本分析，确认合格后进行数据保存；

步骤5：正式3D打印操作：确保机器工作温度保持在20-25摄氏度，湿度保持在40-60％，保证标准大气压下对图纸进行正常打印，打印时对金属粉末及时收集，打印结束后，对打印模型与实际参数进行完全对比，确定状态合法；

步骤6：打印后处理及相关加工工作：打印后通过冷却和退火等操作对成形金属件进行全面热力处理，通过珠光处理对去除未烧结的粉末，通过超声波处理进一步对自身清洁；

步骤7：数据比对和消毒杀菌：通过红外扫描设备对人造关节整体进行全面扫描，确定扫描数据后与预先设计数据进行对比分析，确保合格后对人造关节整体进行消毒灭菌，最后在无菌环境中对其进行包装操作。

优选的，所述步骤2中，CT工作时空间和密度分辨率小于0.5％。

优选的，所述步骤3中，骨关节支撑体系设计寿命为30年。

优选的，所述步骤6中，超声波处理操作能够去除最后残余粉末。

优选的，所述步骤5中，工作人员进行工作时必须佩戴好口罩、手套、防护服和护目镜，禁止携带手机。

优选的，所述步骤1中，打印机检测工作前确定机器的过滤中没有水、油和其他杂物。

优选的，所述步骤5中，开启3D打印机前必须先开启打印机控制软件。

优选的，所述步骤6中，打印完毕后，操作平台归零，使得相关生产设备自动回归原始位置，并且自动对相关生产位置进行清洁。

(三)有益效果

本发明提供了一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

(1)、该骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，通过步骤2：相关数据的采集工作：对患者相关器官结构进行CT扫描，扫描前对静脉注入水溶性有机碘剂5-15毫升，然后观察生成的三维数据模型，保存数据模型相关数据，步骤5：正式3D打印操作：确保机器工作温度保持在20-25摄氏度，湿度保持在40-60％，保证标准大气压下对图纸进行正常打印，打印时对金属粉末及时收集，打印结束后，对打印模型与实际参数进行完全对比，确定状态合法，通过步骤2和步骤5的联合设置，装置能够首先生产较为精确的三维数据模型，后期在对骨关节打印时，通过保持温度和湿度的恒定，能够进一步提高相关打印的精确程度，并且操作合理，方便病患操作使用。

(2)、该骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，通过步骤3：植入物和支撑体系设计：对植入物进行总体选择，并且在病患身体表面进行排斥反应测试，最终确定效果最佳的植入物，然后通过植入物和3D骨关节的匹配程度，对植入物进行锚定和孔隙建模，对打印成品进行网格设计并且进行建模，然后对总体进行支撑设计，通过对打印路径的选择和相关热力载荷分析；步骤4：打印文件准备工作：对打印路径进行选择，分析打印文件的格式相关打印参数，对打印模型进行基本分析，确认合格后进行数据保存，通过步骤3和步骤4的联合设置，通过对植入物和支撑体系的全面设计，能够有效避免骨关节直接与人体软组织相互磨损，并且通过支撑体系建模设计，能够提高骨关节整体的工作强度，有效的保障骨关节的工作寿命，提高骨关节相关工作性能。

(3)、该骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，通过步骤6：打印后处理及相关加工工作：打印后通过冷却和退火等操作对成形金属件进行全面热力处理，通过珠光处理对去除未烧结的粉末，通过超声波处理进一步对自身清洁；步骤7：数据比对和消毒杀菌：通过红外扫描设备对人造关节整体进行全面扫描，确定扫描数据后与预先设计数据进行对比分析，确保合格后对人造关节整体进行消毒灭菌，最后在无菌环境中对其进行包装操作，通过步骤6和步骤7的联合设置，通过对骨关节的后期操作，能够进一步提高了骨关节的整体强度，并且通过数据对比，能够进一步提高相关工作强度，并且能够进一步避免打印失误，提高整体的操作成功率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附表，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅表1，本发明实施例提供三种技术方案：一种骨关节面重建3D打印修复植入体的方法，具体包括以下实施例：

实施例1

步骤1：设备及相关人员的基本准备工作：对金属3D打印机进行通电功能测试，逐项测试基本操作能力，确保机器内部没有故障点，一旦出现测试问题，及时对机器进行维修，工作人员对机器进行全面维护；

步骤2：相关数据的采集工作：对患者相关器官结构进行CT扫描，扫描前对静脉注入水溶性有机碘剂5毫升，然后观察生成的三维数据模型，保存数据模型相关数据；

步骤3：植入物和支撑体系设计：对植入物进行总体选择，并且在病患身体表面进行排斥反应测试，最终确定效果最佳的植入物，然后通过植入物和3D骨关节的匹配程度，对植入物进行锚定和孔隙建模，对打印成品进行网格设计并且进行建模，然后对总体进行支撑设计，通过对打印路径的选择和相关热力载荷分析；

步骤4：打印文件准备工作：对打印路径进行选择，分析打印文件的格式相关打印参数，对打印模型进行基本分析，确认合格后进行数据保存；

步骤5：正式3D打印操作：确保机器工作温度保持在20摄氏度，湿度保持在40％，保证标准大气压下对图纸进行正常打印，打印时对金属粉末及时收集，打印结束后，对打印模型与实际参数进行完全对比，确定状态合法；

步骤6：打印后处理及相关加工工作：打印后通过冷却和退火等操作对成形金属件进行全面热力处理，通过珠光处理对去除未烧结的粉末，通过超声波处理进一步对自身清洁；

步骤7：数据比对和消毒杀菌：通过红外扫描设备对人造关节整体进行全面扫描，确定扫描数据后与预先设计数据进行对比分析，确保合格后对人造关节整体进行消毒灭菌，最后在无菌环境中对其进行包装操作。

实施例2

步骤1：设备及相关人员的基本准备工作：对金属3D打印机进行通电功能测试，逐项测试基本操作能力，确保机器内部没有故障点，一旦出现测试问题，及时对机器进行维修，工作人员对机器进行全面维护；

步骤2：相关数据的采集工作：对患者相关器官结构进行CT扫描，扫描前对静脉注入水溶性有机碘剂10毫升，然后观察生成的三维数据模型，保存数据模型相关数据；

步骤3：植入物和支撑体系设计：对植入物进行总体选择，并且在病患身体表面进行排斥反应测试，最终确定效果最佳的植入物，然后通过植入物和3D骨关节的匹配程度，对植入物进行锚定和孔隙建模，对打印成品进行网格设计并且进行建模，然后对总体进行支撑设计，通过对打印路径的选择和相关热力载荷分析；

步骤4：打印文件准备工作：对打印路径进行选择，分析打印文件的格式相关打印参数，对打印模型进行基本分析，确认合格后进行数据保存；

步骤5：正式3D打印操作：确保机器工作温度保持在22.5摄氏度，湿度保持在50％，保证标准大气压下对图纸进行正常打印，打印时对金属粉末及时收集，打印结束后，对打印模型与实际参数进行完全对比，确定状态合法；

步骤6：打印后处理及相关加工工作：打印后通过冷却和退火等操作对成形金属件进行全面热力处理，通过珠光处理对去除未烧结的粉末，通过超声波处理进一步对自身清洁；

步骤7：数据比对和消毒杀菌：通过红外扫描设备对人造关节整体进行全面扫描，确定扫描数据后与预先设计数据进行对比分析，确保合格后对人造关节整体进行消毒灭菌，最后在无菌环境中对其进行包装操作。

实施例3

步骤1：设备及相关人员的基本准备工作：对金属3D打印机进行通电功能测试，逐项测试基本操作能力，确保机器内部没有故障点，一旦出现测试问题，及时对机器进行维修，工作人员对机器进行全面维护；

步骤2：相关数据的采集工作：对患者相关器官结构进行CT扫描，扫描前对静脉注入水溶性有机碘剂15毫升，然后观察生成的三维数据模型，保存数据模型相关数据；

步骤3：植入物和支撑体系设计：对植入物进行总体选择，并且在病患身体表面进行排斥反应测试，最终确定效果最佳的植入物，然后通过植入物和3D骨关节的匹配程度，对植入物进行锚定和孔隙建模，对打印成品进行网格设计并且进行建模，然后对总体进行支撑设计，通过对打印路径的选择和相关热力载荷分析；

步骤4：打印文件准备工作：对打印路径进行选择，分析打印文件的格式相关打印参数，对打印模型进行基本分析，确认合格后进行数据保存；

步骤5：正式3D打印操作：确保机器工作温度保持在25摄氏度，湿度保持在60％，保证标准大气压下对图纸进行正常打印，打印时对金属粉末及时收集，打印结束后，对打印模型与实际参数进行完全对比，确定状态合法；

步骤6：打印后处理及相关加工工作：打印后通过冷却和退火等操作对成形金属件进行全面热力处理，通过珠光处理对去除未烧结的粉末，通过超声波处理进一步对自身清洁；

步骤7：数据比对和消毒杀菌：通过红外扫描设备对人造关节整体进行全面扫描，确定扫描数据后与预先设计数据进行对比分析，确保合格后对人造关节整体进行消毒灭菌，最后在无菌环境中对其进行包装操作。

步骤2中，CT工作时空间和密度分辨率小于0.5％，步骤3中，骨关节支撑体系设计寿命为30年，步骤6中，超声波处理操作能够去除最后残余粉末，步骤5中，工作人员进行工作时必须佩戴好口罩、手套、防护服和护目镜，禁止携带手机。步骤1中，打印机检测工作前确定机器的过滤中没有水、油和其他杂物。步骤5中，开启3D打印机前必须先开启打印机控制软件。步骤6中，打印完毕后，操作平台归零，使得相关生产设备自动回归原始位置，并且自动对相关生产位置进行清洁。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

对比实验

现有生产厂家根据权利要求1，可以生产出三种骨关节，对三种骨关节进行全面的消毒及数据处理后，将三种骨关节与普通大规模生产的骨关节进行对比实验，由表1知，经过实验室测试对三个实施例的骨关节安装成功率和整体生产时间进行对比，得知实施例中骨关节安装成功率最低的是95.5％，较对比例高3.5％，实施例中生产时间最长的是4.2小时，较对比例缩短0.8小时。

表1：骨关节安装成功率和整体生产时间与对比例对比表

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。