引言

　　在交通事故中顱骨損傷發(fā)生幾率相當高，一般會(huì )導致顱骨缺損，針對于此國內大多采用兩個(gè)階段治療，一期手術(shù)清創(chuàng )、搶救生命，二期手術(shù)顱骨修補。因為良好生物相容性，目前采用鈦合金作為修補體材料，在手術(shù)前，醫生根據病人傷口大小，顱骨形狀通過(guò)手工敲擊，大概得制作出鈦網(wǎng)形狀。此方法加工的鈦網(wǎng)不能很好的和顱骨損傷處邊緣貼合，在修補時(shí)如果處理不好會(huì )影響患者的容貌，嚴重者引起顱骨缺損綜合癥、腦萎縮、外傷性癲癇等多種不良后果，給病人生活帶來(lái)不便。

　　顱骨修復體數字化設計與制備技術(shù)利用逆向工程原理與多點(diǎn)成形技術(shù)根據醫學(xué)影像數據進(jìn)行鈦合金顱骨修復體數字化設計與制備的一種新設計制造方法。其過(guò)程為：首先根據病人的CT數據按照醫學(xué)影像數據處理方法建立患者顱骨的數學(xué)模型；利用逆向軟件geomigic studio進(jìn)行點(diǎn)云編輯、多邊形處理等一系列數據處理過(guò)程得到CAM軟件兼容的模型文件；到這一階段，可以采用多點(diǎn)成型方式加工修復體，但是采用多點(diǎn)成形設備進(jìn)行加工過(guò)程中，鈦合金網(wǎng)狀板上容易出現壓痕，或基本體的球頭將網(wǎng)孔擠裂，因鈦合金網(wǎng)狀板尺寸較小，沒(méi)有壓邊區域，成型效果不好。筆者經(jīng)過(guò)多種嘗試，將修復體的數學(xué)模型放在CAD/CAM軟件系統中，進(jìn)行計算機自動(dòng)編程。最后，在數控機床上加工出凸凹模具，通過(guò)模具壓制成形，加工出所需的鈦合金顱骨修復體。結果表明，經(jīng)過(guò)此種工藝加工完成的修復體和顱骨損傷處邊緣貼合理想，成本低，很好的解決手工制作修復體的弊端。 本文從CT數據處理開(kāi)始完整闡述修復體數字化設計制備過(guò)程，著(zhù)重對CAD/CAM階段進(jìn)行介紹。

　　1、從CT數據到數學(xué)模型

　　依據CT數據獲得患者顱骨數學(xué)模型是進(jìn)行修復體設計的基本思路。CT掃描作為先進(jìn)的醫療儀器能夠很準確的掃描得到患者顱骨外形數據，由這些數據經(jīng)醫學(xué)影像算法可得到三維數據，從而得到顱骨缺損區域周?chē)臄祵W(xué)模型

　　在這些模型上進(jìn)行采樣就可以獲得具有代表性的點(diǎn)云數據

　　2、從點(diǎn)云數據到stl模型

　　經(jīng)過(guò)醫學(xué)影像算法得到的數據是點(diǎn)云數據，已經(jīng)成為逆向工程數據處理的標準原始數據，這些點(diǎn)云數據在你想軟件平臺上要經(jīng)過(guò)數據拼合、簡(jiǎn)化、三角化、去噪等預處理。此環(huán)節為本項技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節，它將影響到顱骨缺損處曲面擬合精度，進(jìn)而影響修補體的使用效果。

　　3、利用CAM軟件進(jìn)行模具的加工

　　設備：

　?。?）高配電腦：

　　配置：雙核主頻3.6G 2G內存，顯卡適合處理圖形文件，要求能穩定運行三維造型軟件。

　?。?）數控銑床：

　　配置：三軸聯(lián)動(dòng)，能實(shí)現連續控制、高精高速。隨動(dòng)誤差不超過(guò)0.02mm。

　?。?）軟件：

　　選用CAXA制造工程師2011r2， CAXA是國產(chǎn)最優(yōu)秀CAM軟件之一，編程功能多而強大，精度高。能識別多種文件格式，與其它一些造型軟件完美兼容。

　　模具材料的選取，根據擠壓鈦網(wǎng)成型時(shí)的壓力大小，選取硬度、彈性比較合適的樹(shù)脂作為模具材料，不僅輕便而且經(jīng)濟，最主要的是工藝性好，在數控銑床上很容易加工，對刀具幾乎沒(méi)用磨損。刀具選用￠16球頭銑刀，剛性好，適合加工曲面。

　?。?）加工過(guò)程：

　　1）導入模型。因為經(jīng)過(guò)逆向軟件得到數據為stl三角片格式，此種格式比較常見(jiàn)，一般如見(jiàn)都支持，CAXA也很容易的通過(guò)數據導入打開(kāi)模型。

　　2）根據表面質(zhì)量要求和實(shí)際加工情況設定加工參數。這里我們選用等高線(xiàn)粗加工方式和曲面區域精加工方式，以獲得較高的加工效率和較高的表面質(zhì)量與尺寸精度。3）生成刀具并進(jìn)行模擬仿真。生成刀路文件后，為驗證刀路文件的正確性，可以用CAXA提供的刀路仿真功能實(shí)現加工的仿真模擬，提前檢查出影響加工的一些問(wèn)題并予以解決。

　　4）后處理生成程序。

　　這是軟件操作的最后一步，根據機床的功能、指令編寫(xiě)加工程序，即后處理，在軟件提供的備選數控中選取所用機床的數控系統，生成程序并傳輸給機床，然后對刀完成模具加工。

　　4、成型設備上完成修復體制備

　　將加工完成的凸凹模固定在壓邊圈中，四周緊密貼合以避免模具材料被壓碎。選用壓力設備壓力要適當，根據模具材料確定壓力。在鈦合金網(wǎng)狀板和模具體之間放置厚度為0.5mm的鋼板，將壓邊圈的壓邊力施加在鋼板上，來(lái)實(shí)現對鈦合金網(wǎng)狀板的夾緊作用，以防止其出現起皺現象。壓制完成后剪邊，去毛刺，達到出廠(chǎng)要求。

　　5、結論

　　通過(guò)運用醫學(xué)影像數據處理技術(shù)，基于患者的CT分層數據建立顱骨修復體的數字模型，并結合計算機輔助制造技術(shù)實(shí)現了顱骨修復體的數字化設計與制備。 由于顱骨修復體設計的原始數據來(lái)源于患者的CT分層數據，因而加工制作出的顱骨修復體能夠與患者顱骨缺損區域相吻合，此項技術(shù)改變了傳統的手工制作顱骨修復體弊端，是機械加工制造專(zhuān)業(yè)與生命科學(xué)的結合，模具成形技術(shù)的應用，避免了修復體的手工方式成形，實(shí)現了個(gè)性化制造，增強了美容整形的效果，顯著(zhù)提高了制造效率。對顱骨修復手術(shù)提供了優(yōu)越的輔助作用。