钛金属板颅骨修复体数字化制造的研究.pdfVIP

第 11 卷 4 期 应用基础与工程科学学报 Vol . 11 ,No . 4 　　 　 　　 　 2003 年 12 月 JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND EN GINEERIN G December 2003 ( ) 文章编号 2003 　　中图分类号 :R628 ,TP391. 72 ,TP391. 73 　　文献标识码 :A 钛金属板颅骨修复体数字化制造研究 国民, 　李彦生 , 　韩景芸 , 　杨文通 , 　费仁元 (北京工业大学机械工程与应用电子技术学院 ,北京 100022) 摘要 :集成运用逆向工程技术与多点快速成形技术 ,基于患者的 CT 或 MRI 图 像 ,实现钛金属板颅骨修复体的快速设计与制作 ,解决了目前修复体制备中存在 的配合精度差 、制作成本高 、周期长等问题 ,完美地满足了患者的个性化需求. 关键词 :钛 ;颅骨修复 ;修复体 ;逆向工程 ;多点成形 颅骨是人体骨骼中最重要的部分之一 ,它保护和支撑了脑感受器 ,形成容纳脑的颅腔 并支撑颅面. 一旦发生颅骨损伤 ,不仅影响美观 ,而且会给患者带来不安全感 ,甚至引起颅 骨缺损综合症 、脑萎缩 、外伤性癫痫等多种不 良后果. 对开放性颅脑伤清创术后所致颅骨 缺损 , 国内大多沿用一期手术清创 ,二期手术颅骨修补的经典治疗方法[ 1] ,这势必给患者 造成二次手术的痛苦 ,若能在手术之前预先制备缺损部位修复体 ,便可在一次手术同时完 成清创和修补 ,意义重大. 目前颅骨修复体材料多为钛金属薄板[2 ] ,在制备工艺上 , 国内外 主要有三种方法 :手工塑形 、失蜡铸造和模具压制[3 ] . 手工塑形劳动强度大 ,塑形困难 ,修 复体与缺损部位吻合度差 ;铸造和模具压制在修复体质量上有所提高 ,但制造周期长 、成 本高柔性差. 以目前的制备手段很难保证一次手术完成清创和修补. ( ) ( ) 本文在基于医学影像 CT 或 MRI 技术和先进制造技术 CAD/ CAE/ CAM ,RE 基础上 , 提出了一种技术先进 、成本极低的高质量修复体制备方法 —钛金属板颅骨修复体的数字 ( ) 化制造 流程如图 1 所示 . 修复体设计依据来 自患者 CT 数据 ,保证修复体和病理部位的 匹配精度 ,采用多点快速成形技术 ,利用其柔性特点实现多次逐步压制成形 ,最大程度消 除回弹和残余应力 ,使修复体质量显著提高且成本大幅下降. 图 1 　钛金属板颅骨修复体的数字化制造流程 Fig. 1 　The procedure of the digital manufacture for titanium cranioplasty plate 收稿 日期 ;修订日期 ( ) 作者简介 : 国民 1971 — ,男 ,博士研究生. No . 4 　　　　　　　　　　　　国民等 :钛金属板颅骨修复体数字化制造研究 385 1 　钛金属板颅骨修复体的数字化设计 颅骨缺损部位主要有 :额部 ,颞部 ,顶部 ,枕部 ,额颞部 ,颞顶部. 根据缺损部位和面积 ( 2) 大小 ,采用相应的设计方法. 对于面积较小 小于 9cm ,形状曲率变化平缓缺损部位修复 体的设计 ,如头顶 、两侧以及前后颅骨 ,可采用趋势过渡的方法拟合构造修复体形状 ,即主 要以曲面曲率连续为原则兼顾外形美观 ;对于单边颅骨缺损可利用另一侧健康数据采用 镜像技术直接获得修复体形状