本發(fā)明涉及人工假體部件制備工藝，尤其涉及一種寰椎和樞椎鈦合金假體制造方法。

背景技術(shù)：

目前人工脊椎假體部件重建術(shù)的假體或支撐體主要包括椎間融合器、鈦網(wǎng)以及人工骨等。這些材料在使用過(guò)程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，鈦合金椎間融合器和鈦網(wǎng)具有良好的生物相容性和足夠的強(qiáng)度，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。然而，因鈦合金的彈性模量與人體自然骨彈性模量相差較大，容易造成應(yīng)力屏蔽。

激光選區(qū)熔化技術(shù)是金屬增材制造技術(shù)的一種，其具有的快速、準(zhǔn)確、可成型任意復(fù)雜零件的特點(diǎn)促進(jìn)了該技術(shù)近幾年在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。采用激光選區(qū)熔化技術(shù)，可通過(guò)醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)及逆向工程技術(shù)得到與原有骨組織曲面相貼合匹配的人工假體，更重要的是，激光選區(qū)熔化技術(shù)可以成型任意復(fù)雜形狀零件的特點(diǎn)可成型內(nèi)部多孔的鈦合金假體，這樣成型的假體不僅彈性模量可與人體自然骨相當(dāng)，且多孔結(jié)構(gòu)利于骨組織細(xì)胞的生長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供種寰椎和樞椎鈦合金假體制造方法。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種寰椎和樞椎鈦合金假體制造方法，包括寰椎、樞椎個(gè)性化假體設(shè)計(jì)步驟及其3D打印機(jī)打印步驟；

步驟一：寰椎、樞椎個(gè)性化假體設(shè)計(jì)步驟

S11：將需要重構(gòu)的脊椎醫(yī)學(xué)圖像DICOM格式的CT斷層掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入MINICS軟件中，建立需修復(fù)脊椎的三維模型數(shù)據(jù)；

S12：將MINICS數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件中，進(jìn)行修整降噪，導(dǎo)出STEP格式三維數(shù)據(jù)文件；

S13：將STEP格式數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks軟件中，分別在第三節(jié)脊椎假體和頭骨假體處選取合適的設(shè)計(jì)面，并在兩設(shè)計(jì)面之間建立假體雛形，使假體與兩設(shè)計(jì)面之間完全貼合；

S14：為了降低假體的彈性模量，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，在SolidWorks中將假體內(nèi)部用多孔網(wǎng)格狀進(jìn)行填充，在假體表面也設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)；

步驟二：個(gè)性化假體3D打印機(jī)打印步驟

S21：將設(shè)計(jì)的假體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Materialise Magics軟件中進(jìn)行處理，得到模型切片數(shù)據(jù)；

S22：將得到的切片數(shù)據(jù)導(dǎo)入RPPath路徑規(guī)劃軟件中，設(shè)置成型過(guò)程中的掃描間距等，得到最終的成型數(shù)據(jù)；

S23：將數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中，通入保護(hù)氣體，置入鈦合金粉末，設(shè)置成型工藝參數(shù)，進(jìn)行假體直接成型；

S24：對(duì)成型好的假體零件實(shí)施后續(xù)處理，包括打磨、噴砂、拋光等處理，形成最終的假體。

在步驟S11中，使用MINICS軟件，其版本為10.01，根據(jù)軟組織和骨骼不同灰度的特點(diǎn)，從醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行還原，建立三維模型。

在步驟S14中，置換假體內(nèi)部構(gòu)建的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔直徑應(yīng)在0.3mm以上，1.5mm以下。該范圍內(nèi)的孔徑既能保證成型精度又能促進(jìn)細(xì)胞在假體內(nèi)的生長(zhǎng)。

在步驟S21中，使用Materialise Magics軟件進(jìn)行切片，切片時(shí)采用的切片層厚為0.025至0.04mm。

在步驟S22中，成型的掃描間距設(shè)置為0.07mm至0.09mm。

在步驟S23中，激光選區(qū)熔化成型設(shè)備通入的保護(hù)氣為氮?dú)饣驓鍤猓尚偷墓に噮?shù)分別為：激光功率為100W至200W，掃描速度為200mm/s至800mm/s，鈦合金粉末為T(mén)i6Al4V球形粉末。

步驟S21所述將設(shè)計(jì)的假體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Materialise Magics軟件中進(jìn)行處理，包括定位、擺放方式、添加支撐、切片等操作，得到模型切片數(shù)據(jù)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

通過(guò)CT數(shù)據(jù)直接選取頭骨和脊椎的模型曲面，故貼合精度與CT數(shù)據(jù)精度相關(guān)，大大提高了貼合度；

激光選區(qū)熔化技術(shù)成型的假體能直接成型多孔網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，利于降低假體的彈性模量，減少應(yīng)力屏蔽現(xiàn)象出現(xiàn)的可能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明寰椎和樞椎鈦合金假體制造工藝流程圖；

圖2是頭骨模型和第三節(jié)脊椎模型示意圖；

圖3是選取設(shè)計(jì)面示意圖一；

圖4是選取設(shè)計(jì)面示意圖二；

圖5是初步設(shè)計(jì)的假體雛形；

圖6是添加多孔結(jié)構(gòu)后的假體主視圖；

圖7是添加多孔結(jié)構(gòu)后的假體俯視圖；

圖8是添加多孔結(jié)構(gòu)后的假體側(cè)視圖；

圖9是假體用于脊椎重構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1至9及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

本發(fā)明寰椎和樞椎鈦合金假體制造工藝，是將患者需要重構(gòu)的脊椎醫(yī)學(xué)圖像DICOM格式的CT斷層掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入MINICS軟件中，建立需修復(fù)脊椎的三維模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在Geomagic軟件中，進(jìn)行修整降噪，導(dǎo)出STEP格式三維數(shù)據(jù)文件，導(dǎo)入SolidWorks軟件中，分別在第三節(jié)脊椎模型和頭骨模型處選取合適的設(shè)計(jì)面，并在兩設(shè)計(jì)面之間建立假體雛形，保證假體與兩設(shè)計(jì)面之間完全貼合，為了降低假體的彈性模量，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，在SolidWorks中將假體內(nèi)部用多孔網(wǎng)格狀進(jìn)行填充，在假體表面也設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)，便于骨組織細(xì)胞的生長(zhǎng)。

具體工藝步驟可通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1、根據(jù)患者的CT斷層掃描數(shù)據(jù)在MINICS 10.01軟件中對(duì)脊椎的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，建立需要進(jìn)行脊椎修復(fù)的三維模型數(shù)據(jù)；

2、將MINICS數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件中，進(jìn)行修整降噪，導(dǎo)出STEP格式三維數(shù)據(jù)文件；

3、將STEP格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入SolidWorks軟件中，見(jiàn)附圖2。需要建立頭骨和模型第三節(jié)脊椎模型之間的支撐假體模型，故在第三節(jié)脊椎模型和頭骨模型處選擇合適的設(shè)計(jì)面，如附圖3、圖4所示。

4、在設(shè)計(jì)面之間構(gòu)建置換假體模型，形成假體模型雛形，并選擇合適的置釘位置進(jìn)行打孔，見(jiàn)附圖5；

5、對(duì)假體模型進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，假體模型外殼和內(nèi)部都是輕量化的多孔結(jié)構(gòu)，見(jiàn)附圖6/7/8。假體模型與頭骨模型和第三節(jié)脊椎模型之間可以實(shí)現(xiàn)完美的貼合，起到脊椎穩(wěn)定性重構(gòu)的目的，見(jiàn)附圖9。

6、設(shè)計(jì)的假體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Materialise Magics軟件中，對(duì)假體模型進(jìn)行支撐添加以及切片設(shè)計(jì)，切片的層厚為0.025mm至0.04mm。在此實(shí)施例中，層厚優(yōu)選為0.035mm；

7、將切片數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入RPPath軟件中，設(shè)置掃描路徑和掃描間距，掃描間距為0.07mm至0.09mm，在此實(shí)施例中掃描間距設(shè)置為0.08mm；

8、得到此掃描路徑數(shù)據(jù)后，將其導(dǎo)入激光選區(qū)熔化設(shè)備中，設(shè)置合適的加工工藝參數(shù)：激光功率為100W至200W，掃描速度為200mm/s至800mm/s。在此實(shí)施例中，優(yōu)選的激光功率為140W，掃描速度優(yōu)選為600mm/s，采用的材料為T(mén)i6Al4V球形粉末；

9、對(duì)成型好的假體零件實(shí)施后處理，包括打磨、噴砂、拋光等處理，形成最終的假體。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。