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CN109620476A - 一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法 - Google Patents

一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法 Download PDF

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CN109620476A CN201910137207.6A CN201910137207A CN109620476A CN 109620476 A CN109620476 A CN 109620476A CN 201910137207 A CN201910137207 A CN 201910137207A CN 109620476 A CN109620476 A CN 109620476A
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Abstract

本发明涉及辅助器械技术领域，尤其是一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备和制备方法，所述制备设备包括用于采集胫骨影像数据的影像采集系统和用于对所述假体模型进行打印的3D打印系统。该胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备和制备方法，通过术前进行双侧胫腓骨CT扫描，应用逆向软件重建患侧3D胫腓骨，对应胫骨恶性肿瘤预计根切范围制作胫骨中远段肿瘤型假体影像，取得对病变胫骨的直观认识。术中假体柄部和踝穴分别与宿主胫骨近端和距骨近侧截骨面打压紧密并辅以多枚螺钉融合固定，以完成假体两端与宿主骨组织连接的初始稳定，假体柄部近端及金属踝穴(踝骨端所设空腔)多孔表面可促使骨长入，加强了术后远期稳定性。

Description

一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法
技术领域
本发明涉及辅助器械技术领域，具体为一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法。
背景技术
目前，胫骨中远段肿瘤切除后的骨缺损重建主要有三种选择：1)大段同种异体骨移植；2)植入带有人工踝关节假体；3)植入融合胫距关节的胫骨中远段假体。其中，运用大段同种异体骨移植重建肢体时，骨再生必然缓慢，诸如异体骨骨折、骨不愈合、排异反应等并发症发生的可能性也相应增大。而对于带有踝关节的假体，应用铰链限制型假体局部应力将更为集中，更容易发生松动、距骨塌陷等并发症，而使用半限制踝关节假体后并发症如距骨假体松动及腓骨撞击仍有发生，且在金属假体与原有骨骼间重建踝关节周围韧带十分困难，所以最佳手段是应用融合胫距关节的胫骨中远段假体完成肢体重建。在临床工作中，由于对病变胫骨缺乏最直观的认识，对模拟根切后骨缺损难以进行精确的测量，导致体量较大、结构复杂的胫骨中远端假体设计困难，以及此类手术操作方面的预计难度，鉴于此，我们提出一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的由于对病变胫骨缺乏直观的认识、对模拟根切后骨缺损缺少精确的测量以及胫骨中远段肿瘤型假体预设计体量较大、结构复杂而带来的假体设计制造和应用等方面的一系列问题。为实现上述目的，一方面，本发明提供一种胫骨中远段肿瘤型假体，所述假体模型包括假体主体，所述假体主体的底部设置有踝骨端，所述踝骨端的内部开设有空腔，所述踝骨端外表面开设有多个定位孔，所述假体主体的顶部设置有假体柄部，所述假体柄部的外表面开设有多个交锁孔，所述假体柄部靠近所述假体交锁孔一侧设置有外钢板，所述外钢板的外表面开设有多个螺孔，所述定位孔内设置有螺钉，所述假体柄部交锁孔和所述钢板螺孔之间通过交锁钉连接。
另一方面，本发明还提供一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，用于制备上述的胫骨中远段肿瘤型假体，所述制备设备包括用于采集胫骨影像数据的影像采集系统和用于对所述假体模型进行打印的3D打印系统，所述影像采集系统通过三维模型重建模块导出能够为所述3D打印系统识别的图像数据；
所述影像采集系统包括X线高压发生模块、X射线球管模块、准直模块、探测模块、模数转换模块以及数据处理模块；
所述X线高压发生模块用于产生X线的高压电压；
所述X射线球管模块发出能够用于检测的X射线；
所述准直模块用于对X线束的宽度进调节，并决定被检体的切层厚度；
所述探测模块用于接收透射X线光子，并将其转换成相同强度比例的电信号；
所述模数转换模块用于将X线信号转变为电信号；
所述数据处理模块用于对数据进行采集和分析。
作为优选，所述数据处理模块包括密度分辨率模块、空间分辨率模块、CT值计算模块和图像灰阶处理模块；
所述密度分辨率模块用于在低对比度情况下，对图像的两种组织之间最小密度差别进行分辨；
所述空间分辨率模块用于对组织结构空间大小进行鉴别；
所述CT值计算模块用于测量CT图像密度值；
所述图像灰阶处理模块用于重建矩阵中每一像素的CT值，并转变成相应的从黑到白不同深度的信号。
作为优选，所述三维模型重建模块包括数据导入模块、数据预处理模块、模型重建模块、模型生成模块和数据导出模块；
所述数据导入模块用于将影像采集系统采集的影像数据导入至三维模型重建模块内；
所述数据预处理模块用于对数据进行滤波和平滑处理；
所述模型重建模块用于建立三维图像模型；
所述模型生成模块用于生成完整的三维图像模型；
所述数据导出模块用于导出能够被3D打印系统识别的图像格式。
作为优选，所述模型重建模块包括等角扇形光模型模块、投影修改模块、卷积模块、离散形式模块和反投影模块；
所述等角扇形光模型模块用于通过等扇形束投影重建算法对图像进行重建；
所述投影修改模块用于假定投影的抽样间隔，并对抽样数据进行修改；
所述卷积模块用于对修改的投影和响应函数进行卷积；
所述离散形式模块用于计算卷积厚度离散形式；
所述反投影模块用于进行反投影呈像。
作为优选，所述3D打印模块包括切片模块、打印数据转化模块、设置参数模块和振镜式激光扫描系统；
所述切片模块用于基于STL文件进行切片处理；
所述打印数据转化模块将切片模块转换成打印位图数据，并对打印区域的位图进行排版，对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理；
所述设置参数模块用于设置打印的各个参数；
所述振镜式激光扫描系统用于进行3D打印。
另一方面，本发明还提供一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，通过上述制备设备制备上述胫骨中远段肿瘤型假体，所述制备方法的步骤如下：
S1、通过影像采集系统采集同一目标对象双侧胫骨的计算机断层成像数据；
S2、将步骤S1所获得的断层成像数据导入三维模型重建模块进行图像处理操作，建立同一目标对象双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型；
S3、基于数字胫骨和假体模型确定截骨范围及截骨平面，对模拟根切后骨缺损范围进行精确的测量，将测量数据精确导入三维模拟软件的健侧模拟仿真块中，健侧胫骨三维模型模拟截骨后获得肿瘤型假体主体模板的三维模板，将所述假体三维模板通过矢状面对称的方式镜像成像至患侧，得到患侧肿瘤型假体主体的三维模板；
S4、假体柄部数字三维模型：根据近端髓腔的位置、直径及深度设计与近端髓腔匹配的模拟假体柄部，其外表设计为厚度为2.5cm的骨小梁结构，获得假体柄部的三维模型；
S5、设计数字解剖钢板，同时在数字假体柄部的三维模型中预留交锁孔，设计胫骨远端踝关节定位孔；
S6、将步骤S5获得的肿瘤假体三维数字模型导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择树脂粉末和成型工艺打印完成1∶1的病变胫骨和假体树脂模型；
S7、胫骨和假体树脂模型安装调试无误后，将步骤S1-S5获得的肿瘤假体三维数字模型数据导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择钛合金粉末和成型工艺完成肿瘤假体的打印成型，得到肿瘤型假体的初成品；
S8、将步骤S7获得的肿瘤型假体初成品进行后处理，得到肿瘤型假体实体成品。
作为优选，步骤S2中同一目标对象的双侧胫骨的三维模型包括健侧胫骨三维模型和患侧胫骨三维模型。
作为优选，步骤S2中的双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型格式为STL文件。
作为优选，步骤S2中的三维模型重建模块的软件为Mimics软件。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备和制备方法，通过术前进行双侧胫腓骨CT扫描，应用逆向软件重建患侧3D胫腓骨，对应胫骨恶性肿瘤预计根切范围制作胫骨中远段肿瘤型假体假体和踝穴(踝骨端所设空腔)数字影像，调试其大小和位置，并获得对病变胫骨的直观认识。
2、该胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备和制备方法，通过影像和实体模型对病变胫骨有了更直观的认识，对模拟根切后骨缺损进行了更精确的测量，从而制定出更合理的个性化假体制作和植入方案，同时通过树脂病变骨骼和假体进行试安装，则进一步明确了假体及其部件与根切后骨缺损的各个部位的匹配情况，有利于将假体体积和结构做到最合理，并对术中可能出现的问题做出预案。
3、该胫骨中远段肿瘤型假体及其制备设备和制备方法，弥补了目前临床胫骨中远段肿瘤型假体的不足，使得假体置入后整体力学分布更为均衡，提高了近期的功能恢复程度，假体柄部和踝穴(踝骨端所设空腔)分别与近端髓腔和距骨截骨面松质骨打压紧密并辅以多枚螺钉融合固定，以完成假体两端与宿主骨组织连接的初始稳定，此外，假体柄部及金属踝穴(踝骨端所设空腔)多孔表面可促使宿主骨长入，使远期稳定性得到保证。
附图说明
图1为本发明的假体模型结构示意图；
图2为本发明的实施例1中假体模型安装结构示意图；
图3为本发明的实施例2中假体模型安装结构示意图；
图4为本发明的踝骨端和踝骨安装结构放大图；
图5为本发明的影像采集系统结构图；
图6为本发明的3D打印系统结构图；
图7为本发明的假体模型制备整体模块图；
图8为本发明的影像采集系统模块图；
图9为本发明的X线高压发生模块电路图；
图10为本发明的X射线球管模块电路图；
图11为本发明的数据处理模块图；
图12为本发明的三维模型重建模块图；
图13为本发明的模型重建模块图；
图14为本发明的等角扇形光模型图；
图15为本发明的3D打印模块图；
图16为本发明的胫骨下段肿瘤型假体的制备方法具体流程图。
图中：1、假体模型；11、假体主体；12、踝骨端；13、空腔；14、定位孔；15、假体柄部；16、交锁孔；17、外钢板；18、螺孔；19、螺钉；110、交锁螺钉；111、内钢板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
一方面，本发明提供一种胫骨中远段肿瘤型假体，如图1所示，包括假体模型1，假体模型1包括假体主体11，假体主体11的底部设置有踝骨端12，踝骨端12的内部开设有空腔13，踝骨端12外表面开设有多个定位孔14，假体主体11的顶部设置有柄部15，柄部15的外表面开设有多个交锁孔16，假体柄部11靠近交锁孔16一侧设置有外钢板17，外钢板17的外表面开设有多个螺孔18，定位孔14内设置有螺钉19，假体柄部交锁孔16和外钢板螺孔18之间通过交锁钉110连接。具体的，假体柄部交锁孔16的尺寸和外钢板螺孔18的尺寸相适配，交锁钉110和螺孔18插接配合，且交锁钉110又和交锁孔16插接配合，便于通过假体交锁孔16连接外钢板17和假体柄部15，而将假体主体11固定在胫骨近侧残端上。
本实施例中，踝骨端12仿照胫骨远端踝关节部分结构设计，使得踝骨端12的空腔13能够贴合在距骨上。进一步的，螺钉19和定位孔14插接配合，便于将螺钉19插入至定位孔14内拧入距骨，实现踝骨端12和距骨的连接。
本实施例中的假体在使用时，将宿主胫骨近侧残端髓腔行自体颗粒骨压填后扩髓，之后将柄部12击入髓腔内，实现压配固定，并通过交锁钉110穿过钢板螺孔18拧入假体交锁孔16内，用于连接假体主体11和胫骨近侧残端，完成假体主体11与宿主骨组织连接的初始稳定。
在使用时，将假体主体11的踝骨端12靠近宿主的距骨一侧，使得踝骨端12处的空腔13卡入到宿主的距骨上，综合考虑其功能、手术难度、风险等因素采用踝关节融合术方式，如图4所示，即踝骨端12和距骨通过螺钉直接固定融合，经过去除距骨表面软骨和骨皮质，从而暴露松质骨，将胫骨假体远端骨小梁直接与松质骨接触，以达到骨长入的目的。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，为了便于进一步加强假体主体11与宿主骨组织连接的稳定性，本发明人员还设置有内钢板111，作为一种优选实施例，如图3所示，内钢板111的尺寸和外钢板17的尺寸相适配，且内钢板111的位置和外钢板17的位置对称设置，内钢板111和外钢板17对称设置在假体主体11两侧，使得螺钉19经外钢板17上的假体交锁孔16插入宿主胫骨，而螺钉19经假体交锁孔16的另一端穿出，经内钢板111而加强固定，通过内钢板111和外钢板17从两侧对假体主体11和胫骨近侧残端进行固定，提高整体连接的稳定性。
实施例3
作为本发明的第三种实施例，另一方面，本发明还提供一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，用于制备上述的胫骨中远段肿瘤型假体，如图5、图7和图8所示，制备设备包括用于采集胫骨影像数据的影像采集系统和用于对假体模型1进行打印的3D打印系统，影像采集系统通过三维模型重建模块导出能够为3D打印系统识别的图像数据，影像采集系统包括X线高压发生模块、X射线球管模块、准直模块、探测模块、模数转换模块以及数据处理模块，X线高压发生模块用于产生X线的高压电压，X射线球管模块发出能够用于检测的X射线，准直模块用于对X线束的宽度进调节，并决定被检体的切层厚度，探测模块用于接收透射X线光子，并将其转换成相同强度比例的电信号，模数转换模块用于将X线信号转变为电信号，数据处理模块用于对数据进行采集和分析。
本实施例中，X线高压发生模块电路如图9所示，直流电源是由进入机架的三相480V交流电经三相桥式整流得到670V直流，供电电流可达85A，图中IGBT1-IGBT4是4个大功率触发器，分别由4个独立控制信号控制其通断，控制信号可以改变开关频率或者相位，根据输出功率大小而变化，变压器副边输出高频交流电压，其峰值可达4.5kV，并能提供11A的电流，这个输出电压被加到9级倍乘器上，每一级都是由串联的二极管和电容器组成的电压峰值探测器(2倍压)，在第1级末尾把电压升高到大约9kV、电流强度5.5A，9级倍乘器把总电压升高到82.5kV直流电压，电流输出能力达0.4A。
进一步的，X射线球管模块电路如图10所示，图中T1是球管灯丝电源变压器，副边产生的交流电压经单相桥式整流后加到球管灯丝电路上，为灯丝提供电流，在T1的副边串有变压器T2的原边线圈，该线圈的电流值大小反映了灯丝电流的数值，经T2副边整流、放大处理后，与期望的灯丝电流值进行比较，其误差信号放大后去控制灯丝变压器原边，这样就达到了稳定灯丝电流的目的。
具体的，X射线球管模块由球管、热交换器和高速起动器组成的，它们被安装在机架的旋转部分。
值得说明的是，探测模块包含有晶体、光敏二极管和前置放大器，X线轰击晶体后，晶体将x线能量转换成光能，然后又被光敏二极管转换成电流，电流数值一般从零到500nA，二极管输出的电流加到前置放大器的输入端，在其输出端产生零到－10V的电压，电压的绝对值与入射的X线强度成正比。
此外，模数转换模块基于V/F转换电路板设计，V/F转换电路板共有12块，每块包含有100个通道，共形成1200个模/数转换通道，转换功能共分2级：第1级首先将探测器输出的电压信号(0～－10V)转换成频率信号(0～－2MHz)，第2级是信号调整，它接受已转换的频率信号和4MHz的时钟信号，产生2个半字，称为计数半字和时间半字，然后这2个半字从V/F转换电路输出至数据预处理电路，这2个半字的表达式为：
CHW＝转换频率×数据间隔-1
THW＝CHW整数部分×4×106/转换频率
本实施例中的胫骨下段肿瘤型假体的制备设备的影像采集系统在使用时，通过X线高压发生模块产生X线的高压电压，通过X射线球管模块发出能够用于检测的X射线，通过准直模块对X线束的宽度进调节，并决定被检体的切层厚度，通过探测模块接收透射X线光子，并将其转换成相同强度比例的电信号，通过模数转换模块将X线信号转变为电信号，通过数据处理模块对数据进行采集和分析。
实施例4
作为本发明的第四种实施例，为了便于对影像采集系统采集的图像数据进行处理，本发明人员设置数据处理模块，作为本发明的一种优选实施例，如图11所示，数据处理模块包括密度分辨率模块、空间分辨率模块、CT值计算模块和图像灰阶处理模块，密度分辨率模块用于在低对比度情况下，对图像的两种组织之间最小密度差别进行分辨，空间分辨率模块用于对组织结构空间大小进行鉴别，CT值计算模块用于测量CT图像密度值，图像灰阶处理模块用于重建矩阵中每一像素的CT值，并转变成相应的从黑到白不同深度的信号。
本实施例中，密度分辨率模块指在低对比情况下，图像对两种组织之间最小密度差别的分辨能力，常以百分数表示，具体如下：例如0.2％，5mm，0.45Gy，表示物体的直径为5mm，病人的接受剂量为0.45Gy时，CT的密度分辨率为0.2％，即表示相邻两种组织密度值差大于或等于0.2时，CT即可分辨，小于此值则无法分辨，CT图像密度值用不同级的灰阶表示，灰阶等级由2N决定，N是二进制的位数，被称为比特,比特值大，表示信息量大，量化的精度高，反之则低，影响密度分辨率的主要因素有层厚、X线剂量和噪声等。
进一步的，空间分辨率模块指在高对比度的情况下，密度分辨率大于10％时,图像对组织结构空间大小的鉴别能力。具体的：常以每厘米内的线对数(Lp/cm)表示，其换算关系为5+Lp/c可辨最小物体直径(mm)
线对数越多，空间分辨率越高，影响空间分辨率的主要因素有像素、探测器孔径、相邻探测器间距、图像重建的卷积滤波函数、数据取样、矩阵、X线管焦点尺寸和机器精度等。其中像素是最主要的因素，扫描图像矩阵中像素越多，空间分辨率就越高。
进一步的，CT值计算模块，数学表达公式为：
I＝I0e-μd
其中表示通过物质衰减后的X线强度，表示入射X线强度，表示物质的吸收系数，表示物质的厚度，当X线穿过人体不同组织后，由于X线的波长、组织的原子序数和组织的密度不同,因而组织的吸收系数不同，衰减系数值表示的通常是物质的相对密度。
值得说明的是，CT值计算模块公式入下：
CT值＝(μ物-μ水)/μ水*1000
人体常见组织CT值表
组织 CT值(Hu) 组织 CT值(Hu)
密质骨 ＞250 肝脏 45-75
松质骨 30-230 脾脏 35-55
钙化 80-300 肾脏 20-40
血液 50-90 胰腺 25-55
血浆 25-30 甲状腺 35-50
渗出液 ＞15 脂肪 -50-100
漏出液 ＜18 肌肉 35-50
脑积液 3-8 脑白质 28-32
水 0 脑灰质 32-40
本实施例中的胫骨下段肿瘤型假体的制备设备的数据处理模块在使用时，通过密度分辨率模块在低对比度情况下，对图像的两种组织之间最小密度差别进行分辨，通过空间分辨率模块对组织结构空间大小进行鉴别，通过CT值计算模块测量CT图像密度值，通过图像灰阶处理模块重建矩阵中每一像素的CT值，并转变成相应的从黑到白不同深度的信号。
实施例5
作为本发明的第五种实施例，为了便于对影像采集系统采集的图像数据进行三维模型建立，本发明人员设置三维模型重建模块，作为本发明的一种优选实施例，如图12所示，三维模型重建模块包括数据导入模块、数据预处理模块、模型重建模块、模型生成模块和数据导出模块，数据导入模块用于将影像采集系统采集的影像数据导入至三维模型重建模块内，数据预处理模块用于对数据进行滤波和平滑处理，模型重建模块用于建立三维图像模型，模型生成模块用于生成完整的三维图像模型，数据导出模块用于导出能够被3D打印系统识别的图像格式。
本实施例中的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备的三维模型重建模块在使用时，通过数据导入模块将影像采集系统采集的影像数据导入至三维模型重建模块内，通过数据预处理模块对数据进行滤波和平滑处理，通过模型重建模块建立三维图像模型，通过模型生成模块生成完整的三维图像模型，通过数据导出模块导出能够被3D打印系统识别的图像格式。
实施例6
作为本发明的第六种实施例，为了便于对影像采集系统采集的图像数据进行三维重建，本发明人员对模型重建模块作出改进，作为本发明的一种优选实施例，如图13所示，模型重建模块包括等角扇形光模型模块、投影修改模块、卷积模块、离散形式模块和反投影模块，等角扇形光模型模块用于通过等扇形束投影重建算法对图像进行重建，投影修改模块用于假定投影的抽样间隔，并对抽样数据进行修改，卷积模块用于对修改的投影和响应函数进行卷积，离散形式模块用于计算卷积厚度离散形式，反投影模块用于进行反投影呈像。
本实施例中，等角扇形光模型模块基于等角扇形光来投影的重建算法设计，如图14所示，测量投影数据的探测器等间距地分布在D1D2弧上，弧的半径为2D，D为光源到图像中心的距离，f(r,φ)图象在极坐标中的表示，Rβ(γ)表示在方向角为的投影中位量角为γ的光线产生的投影数据，通过中心的光线其γ为0，L表示从光源到像素(r,φ)的距离
γ表示在方向角为β的投影中通过像素(r,φ)的光线的位置角
图像f(r,φ)和扇形投影Rβ(γ)有下述关系
进一步的，投影修改模块算法公式如下：
R'β(nα)＝Rβ(nα)D1cosnα
具体的，卷积模块算法公式如下：
此外，离散形式模块算法公式如下：
值得说明的是，反投影模块算法公式如下：
近似有：
实施例7
作为本发明的第7种实施例，为了便于对假体模型进行3D打印，本发明人员设置3D打印模块，作为本发明的一种优选实施例，如图6和图15所示，3D打印模块包括切片模块、打印数据转化模块、设置参数模块和振镜式激光扫描系统，切片模块用于基于STL文件进行切片处理，打印数据转化模块将切片模块转换成打印位图数据，并对打印区域的位图进行排版，对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理，设置参数模块用于设置打印的各个参数，振镜式激光扫描系统用于进行3D打印。
本实施例中的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备的3D打印模块在使用时，通过切片模块基于STL文件进行切片处理，通过打印数据转化模块将切片模块转换成打印位图数据，并对打印区域的位图进行排版，对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理，通过设置参数模块设置打印的各个参数，通过振镜式激光扫描系统进行3D打印。
实施例8
作为本发明的第八种实施例，另一方面，本发明还提供一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，通过上述胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备制备上述胫骨中远段肿瘤型假体，如图16所示，制备方法的步骤如下：
S1、通过影像采集系统采集同一目标对象双侧胫骨的计算机断层成像数据；
S2、将步骤S1所获得的断层成像数据导入三维模型重建模块进行图像处理操作，建立同一目标对象双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型；
S3、基于数字胫骨和假体模型确定截骨范围及截骨平面，对模拟根切后骨缺损范围进行精确的测量，将测量数据精确导入三维模拟软件的健侧模拟仿真块中，健侧胫骨三维模型模拟截骨后获得肿瘤型假体主体模板的三维模板，将所述假体三维模板通过矢状面对称的方式镜像成像至患侧，得到患侧肿瘤型假体主体的三维模板；
S4、假体柄部数字三维模型：根据近端髓腔的位置、直径及深度设计与近端髓腔匹配的模拟假体柄部，其外表设计为厚度为2.5cm的骨小梁结构，获得假体柄部的三维模型；
S5、设计数字解剖钢板，同时在数字假体柄部的三维模型中预留交锁孔，设计胫骨远端踝关节定位孔；
S6、将步骤S5获得的肿瘤假体三维数字模型导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择树脂粉末和成型工艺打印完成1∶1的病变胫骨和假体树脂模型；
S7、胫骨和假体树脂模型安装调试无误后，将步骤S1-S5获得的肿瘤假体三维数字模型数据导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择钛合金粉末和成型工艺完成肿瘤假体的打印成型，得到肿瘤型假体的初成品；
S8、将步骤S7获得的肿瘤型假体初成品进行后处理，得到肿瘤型假体实体成品。
进一步的，步骤S2中的双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型格式为STL文件。
具体的，步骤S2中的三维模型重建模块的软件为Mimics软件。
本实施例中，通过影像和实体模型对病变胫骨有了更直观的认识，对模拟根切后骨缺损进行了更精确的测量，从而制定出更合理的个性化假体制作和植入方案。
进一步的，利用树脂病变骨骼和假体进行试安装，则明确了假体及其柄部与根切后骨缺损以及近段髓腔的匹配情况，有利于将假体体积和结构做到最合理，并对术中可能出现的问题做出预案。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种胫骨中远段肿瘤型假体，包括假体模型(1)，其特征在于：所述假体模型(1)包括假体主体(11)，所述假体主体(11)的底部设置有踝骨端(12)，所述踝骨端(12)的内部开设有空腔(13)，所述踝骨端(12)外表面开设有多个定位孔(14)，所述假体主体(11)的顶部设置有假体柄部(15)，所述假体柄部(15)的外表面开设有多个交锁孔(16)，所述假体柄部(15)靠近所述交锁孔(16)一侧设置有外钢板(17)，所述外钢板(17)的外表面开设有多个螺孔(18)，所述定位孔(14)内设置有螺钉(19)，所述交锁孔(16)和所述螺孔(18)之间通过交锁螺钉(110)连接。
2.一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，用于制备权利要求1中所述的胫骨中远段肿瘤型假体，其特征在于：所述制备设备包括用于采集胫骨影像数据的影像采集系统和用于对所述假体模型(1)进行打印的3D打印系统，所述影像采集系统通过三维模型重建模块导出能够为所述3D打印系统识别的图像数据；
所述影像采集系统包括X线高压发生模块、X射线球管模块、准直模块、探测模块、模数转换模块以及数据处理模块；
所述X线高压发生模块用于产生X线的高压电压；
所述X射线球管模块发出能够用于检测的X射线；
所述准直模块用于对X线束的宽度进调节，并决定被检体的切层厚度；
所述探测模块用于接收透射X线光子，并将其转换成相同强度比例的电信号；
所述模数转换模块用于将X线信号转变为电信号；
所述数据处理模块用于对数据进行采集和分析。
3.根据权利要求2所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，其特征在于：所述数据处理模块包括密度分辨率模块、空间分辨率模块、CT值计算模块和图像灰阶处理模块；
所述密度分辨率模块用于在低对比度情况下，对图像的两种组织之间最小密度差别进行分辨；
所述空间分辨率模块用于对组织结构空间大小进行鉴别；
所述CT值计算模块用于测量CT图像密度值；
所述图像灰阶处理模块用于重建矩阵中每一像素的CT值，并转变成相应的从黑到白不同深度的信号。
4.根据权利要求2所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，其特征在于：所述三维模型重建模块包括数据导入模块、数据预处理模块、模型重建模块、模型生成模块和数据导出模块；
所述数据导入模块用于将影像采集系统采集的影像数据导入至三维模型重建模块内；
所述数据预处理模块用于对数据进行滤波和平滑处理；
所述模型重建模块用于建立三维图像模型；
所述模型生成模块用于生成完整的三维图像模型；
所述数据导出模块用于导出能够被3D打印系统识别的图像格式。
5.根据权利要求4所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，其特征在于：所述模型重建模块包括等角扇形光模型模块、投影修改模块、卷积模块、离散形式模块和反投影模块；
所述等角扇形光模型模块用于通过等扇形束投影重建算法对图像进行重建；
所述投影修改模块用于假定投影的抽样间隔，并对抽样数据进行修改；
所述卷积模块用于对修改的投影和响应函数进行卷积；
所述离散形式模块用于计算卷积厚度离散形式；
所述反投影模块用于进行反投影呈像。
6.根据权利要求2所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备，其特征在于：所述3D打印模块包括切片模块、打印数据转化模块、设置参数模块和振镜式激光扫描系统；
所述切片模块用于基于STL文件进行切片处理；
所述打印数据转化模块将切片模块转换成打印位图数据，并对打印区域的位图进行排版，对于彩色打印还需要对彩色图像进行分色处理；
所述设置参数模块用于设置打印的各个参数；
所述振镜式激光扫描系统用于进行3D打印。
7.一种胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，通过权利要求2-6任意一项所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备设备制备权利要求1中所述的胫骨中远段肿瘤型假体，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：
S1、通过影像采集系统采集同一目标对象双侧胫骨的计算机断层成像数据；
S2、将步骤S1所获得的断层成像数据导入三维模型重建模块进行图像处理操作，建立同一目标对象双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型；
S3、基于数字胫骨和假体模型确定截骨范围及截骨平面，对模拟根切后骨缺损范围进行精确的测量，将测量数据精确导入三维模拟软件的健侧模拟仿真块中，健侧胫骨三维模型模拟截骨后获得肿瘤型假体主体模板的三维模板，将所述假体三维模板通过矢状面对称的方式镜像成像至患侧，得到患侧肿瘤型假体主体的三维模板；
S4、假体柄部数字三维模型：根据近端髓腔的位置、直径及深度设计与近端髓腔匹配的模拟假体柄部，其外表设计为厚度为2.5cm的骨小梁结构，获得假体柄部的三维模型；
S5、设计数字解剖钢板，同时在数字假体柄部的三维模型中预留交锁孔，设计胫骨远端踝关节定位孔；
S6、将步骤S5获得的肿瘤假体三维数字模型导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择树脂粉末和成型工艺打印完成1∶1的病变胫骨和假体树脂模型；
S7、胫骨和假体树脂模型安装调试无误后，将步骤S1-S5获得的肿瘤假体三维数字模型数据导入3D打印终端，添加3D打印支撑后，选择钛合金粉末和成型工艺完成肿瘤假体的打印成型，得到肿瘤型假体的初成品；
S8、将步骤S7获得的肿瘤型假体初成品进行后处理，得到肿瘤型假体实体成品。
8.根据权利要求7所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，其特征在于：步骤S2中同一目标对象的双侧胫骨的三维模型包括健侧胫骨三维模型和患侧胫骨三维模型。
9.根据权利要求7所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，其特征在于：步骤S2中的双侧胫骨的三维模型以及骨肿瘤的三维模型格式为STL文件。
10.根据权利要求7所述的胫骨中远段肿瘤型假体的制备方法，其特征在于：步骤S2中的三维模型重建模块的软件为Mimics软件。
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