基于3D打印的個性化外科手術模板設計軟件關鍵算法研究與系統(tǒng)實現.pdf

1、個性化手術模板作為將術前規(guī)劃方案轉化到臨床實際操作中的有效手段而被廣泛使用。目前國內的手術模板主要依賴進口或使用CAD繪圖軟件設計。前者的費用高昂、交付時間較長且醫(yī)生無法參與模板的設計過程；后者設計操作繁瑣，需要由工程師代替醫(yī)生完成。針對模板設計工作的現狀，本文提出了一種基于3D打印的個性化外科手術模板設計方法。這是一種半自動式的計算機輔助設計方法，用戶只需在重建的三維模型表面取點，導入種植體或醫(yī)用螺釘軸線，輸入相關參數，即可得到個性化

2、的手術模板模型。
　　本文針對其中的關鍵算法進行了研究，主要包括曲面分割、曲面偏移、給定邊界內的曲面填充以及布爾運算等。該方法的主要流程如下：首先，用戶在手術部位的重建三維模型表面取點勾畫出目標區(qū)域，根據用戶點計算模型頂點的有符號標量值，通過提取等值線實現曲面分割從而得到模板的內表面。建立內表面的距離場，根據模板的厚度提取等值面，從等值面中分割出模板的外表面。利用直紋曲面聯接內外表面形成模板的基板。此處將直紋曲面問題轉化成單向賦權

3、圖中的最短路問題并使用標號設定算法求解。最后根據術前規(guī)劃結果及用戶設定參數生成導向圓柱，通過本文提出的布爾運算方法將導向圓柱與基板結合生成最終的手術模板STL模型，通過3D打印制造出手術模板。
　　本文以VS2008為集成開發(fā)環(huán)境，結合開源類庫Qt和VTK開發(fā)了一款手術模板設計軟件，實現了這一方法，并將其集成到術前規(guī)劃軟件中。通過簡單友好的用戶操作界面，醫(yī)生可以根據病灶部位的重建三維模型和術前規(guī)劃結果方便地設計手術模板。應用該系統(tǒng)