[go: up one dir, main page]

CN111554165A - 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备 - Google Patents

关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111554165A
CN111554165A CN202010408218.6A CN202010408218A CN111554165A CN 111554165 A CN111554165 A CN 111554165A CN 202010408218 A CN202010408218 A CN 202010408218A CN 111554165 A CN111554165 A CN 111554165A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
joint model
bone
joint
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010408218.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111554165B (zh
Inventor
夏瑛琪
陈晓坤
蒋韦
周毅
陈保全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Sailner 3D Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Sailner 3D Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Sailner 3D Technology Co Ltd filed Critical Zhuhai Sailner 3D Technology Co Ltd
Priority to CN202010408218.6A priority Critical patent/CN111554165B/zh
Publication of CN111554165A publication Critical patent/CN111554165A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111554165B publication Critical patent/CN111554165B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2210/00—Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/41—Medical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

本申请提供一种关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备，其中，方法包括：获取待打印的关节模型的三维数字模型，关节模型包括至少两个骨骼及连接在至少两个骨骼之间的多个韧带；设置三维数字模型的打印属性；根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，其中，韧带由第一材料打印形成，第一材料包括第一弹性材料。本申请实施例提供的关节模型，能够根据手术需要调整关节的姿态，从而有利于医生查看患者真实关节情况，提高手术成功率。

Description

关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备
技术领域
本申请涉及3D物体成型技术领域，尤其涉及关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备。
背景技术
关节镜手术是利用关节镜对关节进行诊断及治疗的微创手术，其对关节内骨折、半月板损伤、游离软骨、交叉韧带损伤等疾病具有良好的治愈效果；为了快速、准确地完成手术，医生通常会在手术前制定手术方案，而目前的手术方案一般是基于二维CT数据制定的，这要求医生具有较高的空间思维能力，并且不能在术前进行手术预演；
为了实现在术前进行手术预演，可以利用模具制备关节模型，但是传统工艺制造的关节模型不仅成本高，而且与患者的真实关节情况符合程度低，并且，关节镜手术中可能需要患者根据手术需要调整关节的姿态，传统的模具工艺难以制备与患者真实关节情况符合的关节模型。
发明内容
本申请实施例提供一种关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备，能够根据手术需要调整关节的姿态，从而有利于医生查看患者真实关节情况，提高手术成功率。
第一方面，本申请实施例提供一种关节模型，所述关节模型通过三维打印形成，且能够弯曲活动；所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的多个韧带，所述韧带具有弹性。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述多个韧带的颜色不同。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述骨骼与所述韧带的颜色不同，且所述骨骼的硬度大于所述韧带的硬度。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接件，所述韧带通过所述连接件与所述骨骼可拆卸连接。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接件，所述连接件用于连接不通过所述韧带连接的至少两个骨骼，所述连接件为可拆卸连接件。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括底座，所述骨骼的至少一部分与所述底座可拆卸连接。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型还包括包覆在所述骨骼及所述韧带外侧的皮肤，所述皮肤具有弹性。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述皮肤呈透明状。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述皮肤包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；所述外部结构及所述框架部的材料强度大于所述填充部的材料强度。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述皮肤和所述骨骼之间设有间隙，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接板，所述连接板位于所述骨骼的顶端且与所述皮肤相连，所述骨骼的至少一部分与所述连接板可拆卸连接。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接；所述第二部分与所述第一部分榫卯连接。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接，所述第一部分远离所述连接板的一端设有凸起，所述第二部分靠近所述第一部分的一端设有凹槽，所述凹槽与所述凸起相配合插接固定，所述凸起及所述凹槽处设有相互吸合的磁吸元件。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述辅助结构还包括底座，所述骨骼和/或所述皮肤与所述底座可拆卸连接。
结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型为膝关节模型、肩关节、肘关节、腕关节、踝关节和髋关节中的任意一种。
第二方面，本申请实施例提供一种关节模型的打印方法，所述方法包括：
获取待打印的关节模型的三维数字模型，所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的多个韧带；
设置所述三维数字模型的打印属性；
根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，其中，所述韧带由第一材料打印形成，所述第一材料包括第一弹性材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述骨骼由第二材料打印形成，所述第二材料包括硬质材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述骨骼与所述韧带的颜色不同，且所述骨骼的硬度大于所述韧带的硬度。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述多个韧带的颜色不同。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型还包括包覆在所述骨骼及所述韧带外侧的皮肤，所述皮肤由所述第一材料和/或第三材料打印形成，所述第三材料包括第二弹性材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述关节模型通过三维喷墨打印形成。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述第一材料和/或所述第三材料为透明材料。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述皮肤包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；所述第一材料和/或所述第三材料还包括支撑材料，所述外部结构及所述框架部由所述第一弹性材料和/或所述第二弹性材料打印形成，所述填充部由所述支撑材料打印形成，所述框架部的材料强度大于所述填充部的材料强度。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：
在所述皮肤和所述骨骼之间打印支撑结构，所述支撑结构由支撑材料打印形成，所述支撑结构能够被移除以在所述皮肤和所述骨骼之间形成间隙。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述获取待打印的关节模型的三维数字模型，包括：
根据医学影像数据建立至少两个骨骼和韧带的三维数字模型；
将所述至少两个骨骼和所述韧带的三维数字模型融合形成关节模型的三维数字模型；
在所述三维数字模型中添加辅助结构，所述辅助结构用于连接所述关节模型的不同部分和/或支撑所述关节模型的至少一部分。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述辅助结构包括连接板，所述连接板位于所述骨骼的顶端且与所述皮肤相连，所述骨骼的至少一部分与所述连接板可拆卸连接；所述连接板的打印材料包括所述第一材料、所述第二材料、所述第三材料中的任意一种或多种。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接；所述第二部分与所述第一部分榫卯连接。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接，所述第一部分远离所述连接板的一端设有凸起，所述第二部分靠近所述第一部分的一端设有凹槽，所述凹槽与所述凸起相配合插接固定，所述凸起及所述凹槽处设有相互吸合的磁吸元件。
结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述辅助结构还包括底座，所述骨骼和/或所述皮肤与所述底座可拆卸连接；所述底座由所述第二材料打印形成。
第三方面，本申请实施例提供一种关节模型的打印系统，所述打印系统包括数据处理装置及打印装置；
所述数据处理装置，用于获取待打印的关节模型的医学影像数据，并基于医学影像数据生成打印数据；
所述打印装置，用于根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的韧带，所述韧带具有弹性。
结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述打印装置包括喷射机构、打印平台、校平机构及固化机构；
所述喷射机构，用于将所述预设的打印材料喷射至所述打印平台上，以形成材料层；
所述校平机构，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证所述材料层的尺寸精度；
所述固化机构，用于对所述材料层进行固化处理，以形成定型层。
第四方面，本申请实施例提供一种关节模型的三维打印设备，包括：
处理器；存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现第二方面所述的关节模型的打印方法。
本申请实施例提供的关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备，通过将韧带与骨骼进行打印，并采用弹性材料打印韧带，使得韧带具有弹性，关节模型在韧带的作用下能够实现弯曲活动，使得外科医生在进行手术模拟、或者青年医生在进行手术训练时可以根据手术需要调整关节模型的姿态，从而能够更加准确地了解患者真实关节情况，有利于根据真实关节情况规划手术，从而提高手术成功率，降低手术的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种关节模型的打印系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种关节模型的数据处理装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种关节模型的打印装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的关节模型的打印方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的关节模型的打印方法的另一流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一种膝关节模型处于第一姿态的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种膝关节模型处于第二姿态的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种膝关节模型的透视结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种膝关节模型的另一种结构示意图；
图10为本申请实施例提供的膝关节模型的骨骼与底座的连接结构示意图；
图11为本申请实施例提供的膝关节模型的骨骼的连接结构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种关节模型的三维打印设备的结构示意图。
具体实施例
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
请参阅附图1，图1为本申请实施例提供的一种关节模型的打印系统的示意图，打印系统包括数据处理装置10及打印装置20。
数据处理装置10，用于获取待打印的关节模型的医学影像数据，并基于医学影像数据生成打印数据；
打印装置20，用于基于预设的打印材料及打印数据进行打印，得到关节模型。
在本实施例中，关节模型是指动物骨骼之间的连接结构，包括至少两个骨骼1和连接在至少两个骨骼之间的多个韧带2，关节模型例如可以是膝关节、肩关节、肘关节、腕关节、踝关节和髋关节等，并且，关节模型中骨骼1和韧带2的数量、种类以及具体的连接结构根据关节类型的不同而不同。其中，动物可以人类，也可以是哺乳动物等。
其中，医学影像数据可以是从数据采集装置处接收的数据，示例性地，数据采集装置包括但不限于计算机断层扫描(CT)系统、核磁共振成像(MRI)系统、正电子发射断层扫描(PET)系统、二维或三维荧光成像系统、二维、三维或四维超声成像系统。
图2为本申请实施例提供的一种关节模型的数据处理装置的结构示意图，如图2所示，数据处理装置10包括数据建模模块11、属性设置模块12。
所述数据建模模块11用于基于医学影像数据对关节模型进行三维重建，得到关节模型的三维数字模型。
具体地，数据建模模块11包括模型重建单元111及辅助结构添加单元112。
模型重建单元111用于根据医学影像数据建立骨骼1和韧带2的三维数字模型，将骨骼1和/或韧带2的三维数字模型融合形成关节模型的三维数字模型。请一并参阅图6，以膝关节为例，模型重建单元111可以根据医学影像数据分别建立腓骨1a、髌骨1c、胫骨1b、股骨1d、前交叉韧带2a、后交叉韧带2b、腓侧副韧带2c、髌韧带2d、胫侧副韧带2e以及半月板1e的三维数字模型并融合形成关节模型的三维数字模型。
需要理解的是，用户可以根据需要选择需要的部分骨骼和/或韧带进行重建。请一并参与图8，在一些实施例中，模型重建单元111还可以根据医学影像数据建立关节周围的皮肤3和/或骨骼肌等组织，其中，骨骼肌附着在骨骼1外侧，皮肤3则包覆在骨骼1和韧带2的外侧；本实施例中，为了便于实现关节模型的活动，皮肤3具有弹性，在皮肤3和骨骼1之间形成有间隙以提供关节模型活动所需要的空间。
辅助结构添加单元112，用于在已经重建好的三维数字模型上添加辅助结构，其中，辅助结构可以是用于连接关节模型的各个部分的连接结构和/或用于支撑关节模型的至少一部分的支撑结构。示例性地，辅助结构可以是用于支撑骨骼1和/或皮肤3的底座5；当关节模型包括皮肤3且皮肤3和骨骼1之间形成有间隙时，辅助结构可以是连接皮肤3和骨骼1的连接板4；为了使得关节模型的应用更加灵活，辅助结构还可以包括用于将关节模型的各个部分可拆卸连接的连接结构；辅助结构后续结合具体的关节模型进行说明。
属性设置模块12，用于设置关节模型的三维数字模型的打印属性。其中，打印属性可以包括颜色、弹性、硬度和透明度中的一种或多种。
为了更真实地模拟关节模型，关节模型的骨骼1的硬度大于韧带2的硬度，且韧带2具有较大的弹性；在其他的实施例中，为了更好地区分各个韧带2，还可以进一步将不同的韧带2设置为不同的颜色。
在本实施例中，骨骼1与韧带2的颜色不同，示例性地，骨骼1可以设置为白色，韧带2则可以设置为不同于白色的其他任意颜色。更进一步的，为了能够更清楚地观察关节模型的关节腔等区域，还可以将韧带2和/或骨骼1中的至少一个设置为具有一定的透明度。本实施例对关节模型的具体属性设置不作具体限制，用户根据实际需要进行设置即可。
需要说明的是，当三维数字模型包括与硬度相关的属性时，可以设置具有相应硬度的硬质材料来进行打印，或通过材料混合来获得相应硬度的打印材料。当三维数字模型包括与颜色相关的属性时，可以设置具有相应颜色的材料或者能够通过材料混合获得相应颜色的打印材料；当三维数字模型包括与弹性相关的属性时，可以设置有相应弹性的材料或者能够通过材料混合获得相应弹性的打印材料。
进一步的，打印属性还可以包括拉伸强度、抗撕裂强度等，本实施例中的关节模型可以作为教学模型使用，还可以作为手术训练模型使用。当作为手术训练模型使用时，需要考虑便于切割等问题，例如，当作为关节镜手术训练模型使用时，皮肤3的强度需要设置为便于切割。
数据处理装置10还可以包括打印数据生成模块13，用于基于设置打印属性后的三维数字模型进行数据处理，生成打印数据。
具体地，打印数据生成模块13包括切片处理单元、半色调处理单元及生成单元。
切片处理单元，用于将设置打印属性后的三维数字模型进行切片处理，得到多个切片层图像数据；
半色调处理单元，用于将每个切片层图像数据进行半色调处理，使得切片层图像数据转换为二值数据；
生成单元，用于基于多个切片层的二值数据生成打印数据。
图3是本申请实施例提供的一种关节模型的打印装置的结构示意图，如图3所示，打印装置20包括喷射机构21、打印平台22、校平机构23、固化机构24、移动机构25和控制器。在本实施例中，打印装置20为喷射式三维打印机。
喷射机构21，用于将预设的打印材料喷射至打印平台22上，以形成材料层。在本实施方式中，喷射机构21用于至少喷射至少一种打印材料。
校平机构23，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证材料层的尺寸精度。
固化机构24，用于对材料层进行固化处理，以形成定型层。在一种实施方式中，固化机构24为光固化机构，具体地，光固化机构可以是紫外光固化机构，则打印材料为光固化材料。其中，紫外光固化技术是指在特殊配方的体系(称为光固化体系)中加入光引发剂，经过吸收紫外光固化机构中产生的高强度紫外光后，产生活性自由基或阳离子，从而引发聚合、交联和接枝反应，使打印材料在一定时间内由液态转化为固态的技术。
移动机构25，用于移动喷射机构21和/或打印平台22，即使得喷射机构21和/或打印平台22沿平行与水平面方向做相对移动，以使得喷射机构21能够将打印材料喷射至打印平台22上。
控制器，用于控制喷射机构、打印平台、校平机构及移动机构。
具体地，在打印过程中，控制器基于打印数据控制移动机构在水平方向上移动喷射机构21和/或打印平台22，并控制喷射机构21喷射打印材料到打印平台22上形成材料层，并控制校平机构23对还未固化的材料层进行校平，以保证材料层的的尺寸精度，控制固化机构24对材料层进行固化以形成定型层。控制器控制移动机构沿垂直于水平面方向上移动，并控制所述喷射机构21和/或打印平台22重复上述步骤以形成多个层层叠加的定型层直至打印完成，得到关节模型。
可以理解地，关节模型的形状一般是不规则的，可能会存在需要支撑的结构，例如悬臂结构。因此，喷射机构21还用于喷射用于形成支撑结构的支撑材料，支撑结构用于在打印过程中给关节模型提供支撑，支撑结构在模型打印完成后被去除以获得最终的关节模型。
图4为本申请实施例提供的关节模型的打印方法的流程示意图，如图4所示，方法包括：
步骤S01，获取待打印的关节模型的三维数字模型，关节模型包括至少两个骨骼及连接在至少两个骨骼之间的多个韧带；
步骤S02，设置三维数字模型的打印属性；
步骤S03，根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，其中，所述韧带由第一材料打印形成，所述第一材料包括第一弹性材料。
在一种实施方式中，第一弹性材料为具有弹性的材料，例如，第一弹性材料可以按重量百分比计包括软性单体10～75％，硬性单体10～75％，交联剂5～20％，非反应性软性树脂5～20％，光引发剂0.5～10％，着色剂0～0.5％，助剂0.05～8％；所述软性单体为单官能团软性单体，所述硬性单体为单官能团硬性单体。
所述单官能团软性单体选自烷基(甲基)丙烯酸酯、羟烷基(甲基)丙烯酸酯、烷氧化(甲基)丙烯酸酯、带有环状结构的(甲基)丙烯酸酯、带有胺基甲酸酯基的(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种；所述单官能团硬性单体选自环烷基(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯、带有苯环结构的(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种；所述光引发剂为自由基光引发剂，所述助剂选自增韧剂、消泡剂、流平剂和稳定剂中的一种或多种。着色剂选自自分散型纳米级颜料色浆，具体为自分散型纳米级无机颜料色浆或自分散型纳米级有机颜料色浆。
在本方案中，通过第一弹性材料来打印韧带，使得关节模型在活动时，能够弯曲活动，从而更贴合用户真实的关节情况，能够更加准确地把握关节镜伸入部位及深度等，医生能够根据手术需要调整关节的姿态，从而增加手术模拟或训练时的逼真度，提高手术成功率，降低手术的风险。
具体地，如图5所示，步骤S01包括：
步骤S011，根据医学影像数据建立至少两个骨骼和韧带的三维数字模型；其中，所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在至少两个骨骼之间的多个韧带。在其他实施例中，关节模型的部分还可以包括皮肤和/或骨骼肌等关节周围组织。
步骤S012，将所述至少两个骨骼和所述韧带的三维数字模型融合形成关节模型的三维数字模型。
步骤S013，在所述三维数字模型中添加辅助结构，所述辅助结构用于连接所述关节模型的不同部分和/或支撑所述关节模型的至少一部分。
请一并参阅图6及图8，辅助结构可以是用于支撑骨骼1和/或皮肤3的底座5；辅助结构还可以是连接皮肤3和骨骼1的连接板4；为了使得关节模型的应用更加灵活，辅助结构还可以包括用于将关节模型的各个部分可拆卸连接的连接结构；辅助结构后续结合具体的关节模型进行说明。
进一步地，在步骤S02中，通过为三维数字模型的不同部分设置不同的打印属性，从而使得骨骼1及韧带2具有不同的打印属性。
具体地，骨骼1及韧带2可以独立设置打印属性，使其具有不同的颜色，例如骨骼1设置为白色，韧带2设置为红色。还可以将多个韧带2分别设置为不同的颜色，例如将前交叉韧带2a、后交叉韧带2b分别设置为浅红色和深红色；方便医生在模拟手术过程中快速识别不同的部位。
骨骼1及韧带2可以独立设置打印属性，使骨骼1的硬度大于韧带2的硬度。在一种实施方式中，骨骼1由第二材料打印形成，所述第二材料包括硬质材料。
在一种实施方式中，硬质材料按重量百分比计包括5～50％乙烯基类低聚物、50～95％乙烯基类单体、0.5～10％光引发剂、0～0.5％着色剂、0.05～8％助剂。在本实施例中，硬质材料的邵氏硬度大于70D或70-80D。
所述乙烯基类低聚物选自聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯中的一种或多种。所述乙烯基类单体选自单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯、丙烯酰胺类单体、乙烯基醚类单体中的一种或多种。
所述光引发剂为自由基光引发剂，所述助剂选自增韧剂、消泡剂、流平剂和稳定剂中的一种或多种。着色剂选自自分散型纳米级颜料色浆，具体为自分散型纳米级无机颜料色浆或自分散型纳米级有机颜料色浆。
进一步地，打印属性还可以包括拉伸强度、抗撕裂强度或邵氏硬度等，例如，骨骼1和韧带2可以具有相同或不同的拉伸强度，或者具有相同或不同的抗撕裂强度、或者具有相同或不同的邵氏硬度等。
为了模拟关节模型的活动，韧带2需要拉伸，可以将韧带2的打印属性可以设置为第一弹性，例如采用包括第一弹性材料的第一材料进行打印。本实施例中，第一弹性材料的拉伸强度为0.1-5Mpa或小于2MPa，断裂伸长率为50％-500％或150％-250％。
需要说明的是，为了简化打印设置，骨骼1也可以设置为第一弹性，例如采用第一弹性材料进行打印，并且将骨骼1设置为颜色与韧带的颜色不同。
进一步地，关节模型的三维数字模型的特定部分还可以同时具有不同的属性。例如，真实关节的韧带2较为柔软且能够拉伸，而骨骼1较为坚韧且对弹性没有要求，因此，韧带2可以设置为第一硬度和第一弹性、骨骼1则可以设置为第二硬度，其中，第二硬度大于第一硬度，即骨骼1的硬度大于韧带2的硬度。在打印时，可以分别采用第一材料和第二材料来打印韧带2与骨骼1，第一材料包括具有第一硬度和第一弹性的第一弹性材料，第二材料包括具有第二硬度的硬质材料。
在本实施例中，第一弹性材料的拉伸强度为0.1-5MPa或小于2MPa，断裂伸长率为50％-500％或150％-250％，且邵氏硬度为10-60A或20-25A。硬质材料的邵氏硬度为大于70D或70-80D，由于本实施例对骨骼1的弹性没有要求，因此，硬质材料的拉伸强度和断裂伸长率可以任意设置。
更进一步的，多个韧带2可以设置为不同的颜色，例如将第一韧带2设置为第一颜色，将第二韧带2设置为第二颜色。因此，第一材料还可以包括第一颜色的第一弹性材料和第二颜色的第一弹性材料，当然也可以是能够混合获得第一颜色和第二颜色的其他颜色的第一弹性材料，本申请对此不作限制，只要能够对应关节模型的三维数字模型生成具有设置的属性的关节模型即可。另外，需要注意的是，“混合获得”可以是指打印材料通过同一打印头在打印之前混合，也可以是指通过不同的打印头分别打印不同的材料然后混合；并且，本实施例中，打印材料为液体，打印材料的硬度是指打印材料固化成型后的硬度；而第一材料和第二材料可以是通过不同材料“混合获得”的材料。
具体地，步骤S03包括：
步骤S031，将设置打印属性后的三维数字模型进行切片处理，得到多个切片层图像数据；
步骤S032，将每个切片层图像数据进行半色调处理，使得切片层图像数据转换为二值数据；
步骤S033，基于多个切片层的二值数据生成打印数据。
以下基于图6～图11具体介绍基于如上的打印方法打印的膝关节模型对本方案进行详细的阐述：
图6为本申请实施例提供的一种膝关节模型处于第一姿态的结构示意图，图7为本申请实施例提供的一种膝关节模型处于第二姿态的结构示意图，其中，第一姿态为竖直状态，第二姿态为弯曲状态。
如图6和图7所示，膝关节模型包括腓骨1a、髌骨1c、胫骨1b、股骨1d、前交叉韧带2a、后交叉韧带2b、腓侧副韧带2c、髌韧带2d、胫侧副韧带2e以及半月板1e。当关节模型由图5所示的第一姿态(竖直状态)变为第二姿态(弯曲状态)时，股骨1d向后弯曲，连接在骨骼1之间的韧带2随之拉伸或压缩以实现关节的仿真弯曲活动。
具体地，前交叉韧带2a、后交叉韧带2b、腓侧副韧带2c、胫侧副韧带2e、髌韧带2d和半月板1e由第一材料打印形成，第一材料包括第一弹性材料。腓骨1a、髌骨1c、胫骨1b和股骨1d由第二材料打印形成，第二材料包括硬质材料。
所述第一弹性材料的拉伸强度为0.1-5MPa或小于2MPa，断裂伸长率为50％-500％或150％-250％，且邵氏硬度为10-60A或20-25A。所述硬质材料的邵氏硬度为大于70D或70-80D。
具体地，前交叉韧带2a、后交叉韧带2b、腓侧副韧带2c、胫侧副韧带2e、髌韧带2d和半月板1e的颜色不同，例如，前交叉韧带2a、后交叉韧带2b的颜色为红色，腓侧副韧带2c、胫侧副韧带2e、髌韧带2d的颜色为粉色，半月板1e的颜色为黄色。
图8示出了本实施例提供的一种膝关节模型的透视结构示意图，膝关节模型还包括包覆在骨骼1及所述韧带2外侧的皮肤3。如图8中所示，皮肤3具有弹性且具有一定的厚度。皮肤3和骨骼1之间具有间隙以提供骨骼1弯曲时需要的空间，为了使得皮肤3能够跟随关节的弯曲而弯曲，皮肤3可以由第一材料和/或第三材料打印形成，第三材料包括第二弹性材料。
需要说明的是，第三材料中的第二弹性材料可以是与第一材料中的第一弹性材料相同的材料，也可以是与第一材料中的第一弹性材料不同的材料，即第二弹性材料可以是选自第一弹性材料配方中的弹性材料。为了简化打印设置，第三材料中的第二弹性材料与第一材料中的第一弹性材料是相同的。
在实际打印过程中，皮肤的可切割性能会随着打印厚度的变化而变化，即打印的越厚，切割难度越大。在打印前，可以对皮肤3的厚度进行参数设置，本实施例中，皮肤3的厚度的上限可以是15mm、16mm、18mm或20mm，皮肤3的厚度的下限可以是5mm、8mm、10mm或12mm。
进一步地，为了便于观察皮肤3内部的关节，第一材料和/或第三材料可以是透明材料。具体地，透明材料为透光率大于10％的材料，优选为透光率大于40％的材料，更优选为透光率大于80％的材料。透明材料可以是彩色透明材料也可以是无色透明材料，例如可以是黄色透明材料。
进一步的，皮肤3可以包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构。外部结构由第一弹性材料和/或第二弹性材料打印形成。所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，即在皮肤3的内部结构中形成类似于肌肉组织的多个网格单元，从而使得医生在进行模拟手术时能够获得更真实的切割手感。
具体地，所述网格单元包括框架部和填充部。具体地，所述框架部由第一弹性材料和/或第二弹性材料打印形成，所述填充部由支撑材料打印形成。支撑材料用于打印网格单元的填充部，能够降低内部结构的强度，通过弹性材料来保证框架部具有一定的强度，即，所述框架部的材料强度大于所述填充部的材料强度。
可以理解地，第三材料可以是喷射机构(打印头)在一定区域内分别喷射弹性材料和支撑材料形成的一种复合材料。支撑材料可以是水溶性支撑材料和/或碱溶性支撑材料，支撑材料的材料强度小于弹性材料的材料强度。
进一步的，实际的膝关节中的骨骼1可能很长，在关节模型使用过程中，无需打印出完整的骨骼1，通常只需要从关节腔(大致为两个骨骼之间的间隙部分，例如胫骨1b和股骨1d之间的密闭腔隙)延伸特定距离即可。即基于医学影像数据重建的三维数字模型时，骨骼1和皮肤3均在距离关节腔特定距离的位置处被分割。因此，在重建好的三维数字模型中，骨骼1和皮肤3分离，打印完成的关节模型也不能重现骨骼1和皮肤3之间的相对位置关系。
为了保证骨骼1和皮肤3之间的相对位置和真实的状态是一致的，关节模型还包括辅助结构，请继续参考图8，辅助结构包括连接板4，所述连接板4位于所述骨骼1的顶端且与所述皮肤3相连，所述骨骼1的至少一部分与所述连接板4可拆卸连接，以保证骨骼1和皮肤3之间的相对位置和真实的状态是一致的。其中，所述连接板4的打印材料包括所述第一材料、所述第二材料、所述第三材料中的任意一种或多种。
进一步地，所述辅助结构还包括底座5，所述底座5位于所述骨骼1的底端，所述骨骼1和/或所述皮肤3与所述底座5可拆卸连接。其中，骨骼1是根据医学影像数据定位从而与底座3连接。
为了保证底座5能够稳定地支撑关节模型，所述底座5由所述第二材料打印形成，并且底座5的外轮廓大于皮肤3的外轮廓。在实际使用中，关节模型并可以仅包括连接板4，也可以仅包括底座5，用户可以根据实际需求选择不同的辅助结构，例如，如图10所示，关节模型不包括皮肤3，辅助结构可以仅包括底座5。
在一种实施方式中，关节模型可以是一体打印成型。当一体打印成型时，所述关节模型还包括设于所述皮肤3和所述骨骼1之间的支撑结构，所述支撑结构由支撑材料打印形成，以使得所述皮肤和所述骨骼之间能够形成间隙。支撑结构能够用于支撑悬臂结构(例如连接板4)的打印，在打印完成后，将关节模型浸泡在水溶液或碱溶液中，即可去除骨骼1和皮肤3之间的支撑材料以获得间隙，从而提供关节弯曲所需的空间。
图9示出了本实施例提供的一种膝关节模型的另一种结构示意图，如图8及图9所示，在本实施例中，可以在连接板4和/或底座5上设置至少一个通孔41，在打印成型过程中，例如当膝关节模型横向摆放打印时，通孔41上方存在悬臂结构，可以在通孔41内打印支撑材料，在打印完成后，溶解支撑材料即可形成通孔41；当膝关节模型竖向摆放打印时，通孔41内可以保持为空。打印完成后，位于骨骼1和皮肤3之间的支撑材料可以通过该通孔41去除，即水溶液或碱溶液能够通过通孔41快速进入关节模型内部，加速支撑材料的溶解。
进一步的，连接板4也可以包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部。
在关节镜手术中，通常仅需要切割大致对应于关节腔部分的皮肤3即可，在设置打印属性时，需要将大致对应于关节腔部分的皮肤3设置为便于切割的强度即可。具体的，如图8中所示的关节模型，皮肤3包括位于关节模型的上下两端的第一区域31和位于关节模型的中间且大致对应于关节腔部分的第二区域32，其中，第二区域32大致对应关节腔部分，第二区域32由第三材料打印形成，第三材料包括第二弹性材料和支撑材料，第一区域31的打印材料为仅包括第二弹性材料的第三材料。可以理解地，第一区域31由于与设置有通孔41的连接板4连接而形成非网格结构，可以防止网格结构中的支撑材料被去除；而第二区域32中由于包括强度较低的支撑材料而更容易被切割，以便于进行手术训练。
更进一步的，为了便于观察关节模型的内部结构，关节模型的各个部分是可拆卸连接的，具体地，所述骨骼1的至少一部分与所述连接板4可拆卸连接。为了保证关节模型外观和触感的整体性和真实性，连接板4和皮肤3均由第三材料打印形成，为了便于皮肤3的弯曲和拉伸，连接板4和皮肤3的硬度均小于骨骼1的硬度。
图11为本申请实施例提供的膝关节模型的骨骼的连接结构示意图，如图11所示，可以将与连接板4连接的骨骼1至少包括第一部分1’和第二部分1”，第一部分1’与连接板4固定连接，第二部分1”与第一部分1’可拆卸连接，这样，既能够便于骨骼1的定位，又能够方便地将骨骼1和皮肤3分离，还可以保证连接稳定性。
更为具体的，所述第一部分1’远离所述连接板4的一端设有凸起611，所述第二部分1”靠近所述第一部分1’的一端设有凹槽612，所述凹槽612与所述凸起611相配合插接固定，所述凸起611及所述凹槽612处设有相互吸合的磁吸元件。在一种实施方式中，所述凸起611部分的外表面与凹槽612部分的内表面对应设置有至少一组安装孔613，安装孔613内设有磁性元件，通过将凸起611和凹槽612匹配使得磁性元件相互匹配从而实现第一部分1’和第二部分1”的可拆卸连接。拆卸时，只要对第一部分1’和/或第二部分1”施加一定的外力即可克服磁性元件之间的作用力以将第一部分1’和第二部分1”分离；在其他的实施例中，所述第二部分1”与所述第一部分1’还可以榫卯连接固定，本申请对此不作限制，只要能够实现第一部分1’和第二部分1”的可拆卸连接即可。
在其他的实施例中，连接板4也可以由第二材料形成，即连接板4与骨骼1由同一材料打印形成。骨骼1和连接板4之间可拆卸连接，并且，连接板4和皮肤3固定连接。
为了便于皮肤3跟随关节弯曲，皮肤3的厚度通常设置为较小，硬度较大的连接板4和硬度较小的皮肤3连接处的连接强度可能会较低，因此，可以进一步在连接板4和皮肤3相接的位置处设置加强结构，以保证连接板4和皮肤3之间连接稳固。
进一步的，参考图10，所述骨骼1和/或所述皮肤3与底座5可拆卸连接。具体的，如图9所示，关节模型还包括连接结构62，连接结构62包括设置在底座5上的卡环621和/或卡槽622，其中，皮肤3卡设于卡环621内，从而使得皮肤3与底座5可拆卸连接，骨骼1卡设于卡槽622内，从而使得骨骼1与底座5可拆卸连接。当关节模型不包括皮肤时，连接结构62可以仅包括卡槽622。
更进一步的，韧带2与骨骼1可拆卸连接，即辅助结构还包括设置在韧带2和骨骼1之间的可拆卸连接结构。并且，关节模型中可能存在并未通过韧带2连接的骨骼1，例如，膝关节模型的髌骨1c和股骨1d之间没有通过韧带2连接，而是通过骨骼肌连接在一起并且保持特定的位置关系。本实施例中，为了便于关节模型的弯曲，不打印形成骨骼肌，因此，髌骨1c和股骨1d之间可能存在间隙的，而由于髌韧带2d弹性较大，因此，打印出来的关节模型中，髌骨1c和股骨1d之间的相对位置关系可能不同于真实的关节中髌骨1c和股骨1d之间的相对位置关系。
在本实施例中，为了保证骨骼1之间的相对位置关系，在不通过韧带2连接的骨骼1之间设置连接件，连接件用于连接不通过韧带2连接的至少两个骨骼1。为了方便观看关节腔内部结构或者提高关节模型使用的灵活性，该连接件为可拆卸连接件，例如，在膝关节模型中，髌骨1c与股骨1d之间可拆卸连接，可以方便观看关节腔内部结构。在一种实施方式中，可以利用螺丝、螺钉或磁吸连接结构实现上述的可拆卸连接，在本实施例中不做限定。
图12为本申请实施例提供的一种关节模型的三维打印设备的结构示意图，如图12所示，本申请实施例还提供一种关节模型的三维打印设备100，包括：处理器101及存储器102，所述存储器102用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器101加载并执行以实现上述关节模型的打印方法。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (31)

1.一种关节模型，其特征在于，所述关节模型通过三维打印形成，且能够弯曲活动；所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的多个韧带，所述韧带具有弹性。
2.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述多个韧带的颜色不同。
3.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述骨骼与所述韧带的颜色不同，且所述骨骼的硬度大于所述韧带的硬度。
4.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接件，所述韧带通过所述连接件与所述骨骼可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接件，所述连接件用于连接不通过所述韧带连接的至少两个骨骼，所述连接件为可拆卸连接件。
6.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括底座，所述骨骼的至少一部分与所述底座可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的关节模型，其特征在于，所述关节模型还包括包覆在所述骨骼及所述韧带外侧的皮肤，所述皮肤具有弹性。
8.根据权利要求7述的关节模型，其特征在于，所述皮肤呈透明状。
9.根据权利要求7所述的关节模型，其特征在于，所述皮肤包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；
所述外部结构及所述框架部的材料强度大于所述填充部的材料强度。
10.根据权利要求7～9任一项所述的关节模型，其特征在于，所述皮肤和所述骨骼之间设有间隙，所述关节模型还包括辅助结构，所述辅助结构包括连接板，所述连接板位于所述骨骼的顶端且与所述皮肤相连，所述骨骼的至少一部分与所述连接板可拆卸连接。
11.根据权利要求10所述的关节模型，其特征在于，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接；所述第二部分与所述第一部分榫卯连接。
12.根据权利要求10所述的关节模型，其特征在于，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接，所述第一部分远离所述连接板的一端设有凸起，所述第二部分靠近所述第一部分的一端设有凹槽，所述凹槽与所述凸起相配合插接固定，所述凸起及所述凹槽处设有相互吸合的磁吸元件。
13.根据权利要求10所述的关节模型，其特征在于，所述辅助结构还包括底座，所述骨骼和/或所述皮肤与所述底座可拆卸连接。
14.根据权利要求1～9任一项所述的关节模型，其特征在于，所述关节模型为膝关节模型、肩关节、肘关节、腕关节、踝关节和髋关节中的任意一种。
15.一种关节模型的打印方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待打印的关节模型的三维数字模型，所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的多个韧带；
设置所述三维数字模型的打印属性；
根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，其中，所述韧带由第一材料打印形成，所述第一材料包括第一弹性材料。
16.根据权利要求15所述的打印方法，其特征在于，所述骨骼由第二材料打印形成，所述第二材料包括硬质材料。
17.根据权利要求16所述的打印方法，其特征在于，所述骨骼与所述韧带的颜色不同，且所述骨骼的硬度大于所述韧带的硬度。
18.根据权利要求15所述的打印方法，其特征在于，所述多个韧带的颜色不同。
19.根据权利要求16所述的打印方法，其特征在于，所述关节模型还包括包覆在所述骨骼及所述韧带外侧的皮肤，所述皮肤由所述第一材料和/或第三材料打印形成，所述第三材料包括第二弹性材料。
20.根据权利要求19所述的打印方法，其特征在于，所述关节模型通过三维喷墨打印形成。
21.根据权利要求19所述的打印方法，其特征在于，所述第一材料和/或所述第三材料为透明材料。
22.根据权利要求19所述的打印方法，其特征在于，所述皮肤包括外部结构及位于所述外部结构内侧的内部结构，所述内部结构包括相互连接的多个网格单元，所述网格单元包括框架部和填充部；
所述第一材料和/或所述第三材料还包括支撑材料，所述外部结构及所述框架部由所述第一弹性材料和/或所述第二弹性材料打印形成，所述填充部由所述支撑材料打印形成，所述框架部的材料强度大于所述填充部的材料强度。
23.根据权利要求19所述的打印方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述皮肤和所述骨骼之间打印支撑结构，所述支撑结构由支撑材料打印形成，所述支撑结构能够被移除以在所述皮肤和所述骨骼之间形成间隙。
24.根据权利要求19所述的打印方法，其特征在于，所述获取待打印的关节模型的三维数字模型，包括：
根据医学影像数据建立至少两个骨骼和韧带的三维数字模型；
将所述至少两个骨骼和所述韧带的三维数字模型融合形成关节模型的三维数字模型；
在所述三维数字模型中添加辅助结构，所述辅助结构用于连接所述关节模型的不同部分和/或支撑所述关节模型的至少一部分。
25.根据权利要求24所述的打印方法，其特征在于，所述辅助结构包括连接板，所述连接板位于所述骨骼的顶端且与所述皮肤相连，所述骨骼的至少一部分与所述连接板可拆卸连接；所述连接板的打印材料包括所述第一材料、所述第二材料、所述第三材料中的任意一种或多种。
26.根据权利要求25所述的打印方法，其特征在于，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接；所述第二部分与所述第一部分榫卯连接。
27.根据权利要求25所述的打印方法，其特征在于，与所述连接板连接的骨骼至少包括第一部分及第二部分，所述第一部分与所述连接板固定连接，所述第一部分远离所述连接板的一端设有凸起，所述第二部分靠近所述第一部分的一端设有凹槽，所述凹槽与所述凸起相配合插接固定，所述凸起及所述凹槽处设有相互吸合的磁吸元件。
28.根据权利要求25所述的打印方法，其特征在于，所述辅助结构还包括底座，所述骨骼和/或所述皮肤与所述底座可拆卸连接；所述底座由所述第二材料打印形成。
29.一种关节模型的打印系统，其特征在于，所述打印系统包括数据处理装置及打印装置；
所述数据处理装置，用于获取待打印的关节模型的医学影像数据，并基于医学影像数据生成打印数据；
所述打印装置，用于根据设置打印属性后的三维数字模型进行打印，得到关节模型，所述关节模型包括至少两个骨骼及连接在所述至少两个骨骼之间的韧带，所述韧带具有弹性。
30.根据权利要求29所述的打印系统，其特征在于，所述打印装置包括喷射机构、打印平台、校平机构及固化机构；
所述喷射机构，用于将所述预设的打印材料喷射至所述打印平台上，以形成材料层；
所述校平机构，用于对未固化处理的材料层进行校平，以保证所述材料层的尺寸精度；
所述固化机构，用于对所述材料层进行固化处理，以形成定型层。
31.一种关节模型的三维打印设备，包括：
处理器；
存储器，所述存储器用于存储至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求15～28任一项所述的关节模型的打印方法。
CN202010408218.6A 2020-05-14 2020-05-14 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备 Active CN111554165B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010408218.6A CN111554165B (zh) 2020-05-14 2020-05-14 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010408218.6A CN111554165B (zh) 2020-05-14 2020-05-14 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111554165A true CN111554165A (zh) 2020-08-18
CN111554165B CN111554165B (zh) 2023-10-03

Family

ID=72004725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010408218.6A Active CN111554165B (zh) 2020-05-14 2020-05-14 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111554165B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112641509A (zh) * 2020-12-16 2021-04-13 四川美术学院 一种髋关节镜手术模拟装置

Citations (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780016B1 (en) * 2000-10-23 2004-08-24 Christopher C. Toly Human surgical trainer and methods for training
CN2751393Y (zh) * 2004-11-25 2006-01-11 刘霄飞 缝合训练模块
CN201498135U (zh) * 2009-10-09 2010-06-02 北京医模科技有限公司 膝关节模型
CN201853414U (zh) * 2010-11-23 2011-06-01 王霄 一种外科仿真皮肤缝合模型
CN202363002U (zh) * 2011-11-17 2012-08-01 罗福昌 膝关节镜练习模型
CN103302859A (zh) * 2013-05-21 2013-09-18 黄辉 一种彩色三维打印机与打印方法
CN104269092A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 成都学创伟业科技有限公司 手术辅助骨骼模型制备方法
CN205091991U (zh) * 2015-10-10 2016-03-16 中国人民解放军第二军医大学 基于三维打印的脊柱截骨组装教学模型
US20160339349A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 Disney Enterprises, Inc. Biomimetic skin for an animatronic figure and other applications
CN106626364A (zh) * 2016-12-08 2017-05-10 湖北第二师范学院 一种物联网3d立体沙盘打印机及其打印方法
CN206601879U (zh) * 2017-03-17 2017-10-31 长沙医学院 可拆卸膝关节教学模型
CN107320221A (zh) * 2017-06-21 2017-11-07 四川大学 一种基于3d打印技术的畸形膝关节骨骼模型制作方法
CN108648593A (zh) * 2018-08-17 2018-10-12 江苏省人民医院（南京医科大学第附属医院） 一种脊柱椎间孔镜手术模型及其制作方法
CN108836457A (zh) * 2018-04-27 2018-11-20 昆明医科大学第附属医院 一种3d打印个性化前交叉韧带重建股骨隧道定位器及其制备方法
CN109345932A (zh) * 2018-08-29 2019-02-15 中国科学院自动化研究所 基于3d打印的医疗模型及其制作方法
CN109345935A (zh) * 2018-12-22 2019-02-15 营口东峰工贸有限公司 新型高仿真皮肤、皮下组织、肌肉、骨骼、关节医学模型
CN109435489A (zh) * 2018-12-13 2019-03-08 珠海赛纳打印科技股份有限公司 三维物体喷墨打印方法、打印设备及计算机可读存储介质
CN109712497A (zh) * 2019-01-22 2019-05-03 刘炯 一种膝关节解剖教学模型及其生产方法
JP2019113800A (ja) * 2017-12-26 2019-07-11 株式会社武蔵野 人体模型
CN209297596U (zh) * 2018-06-27 2019-08-23 广州健普医疗用品有限公司 一种模拟伤口缝纫练习垫
CN110223391A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 秒针信息技术有限公司 骨骼的三维立体模型的3d打印方法及装置
CN209405667U (zh) * 2018-11-30 2019-09-20 中山市金三模特道具有限公司 一种人偶仿真皮肤结构及假肢
CN110302432A (zh) * 2019-06-14 2019-10-08 华南理工大学 一种具有梯度孔结构的全层皮肤组织工程支架的制备方法
CN110546004A (zh) * 2017-05-30 2019-12-06 迪格尼提健康公司 用于构造具有预确定的解剖学特性、生物力学特性和生理学特性的合成解剖模型的系统和方法
CN110605853A (zh) * 2019-10-22 2019-12-24 珠海赛纳三维科技有限公司 三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备

Patent Citations (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780016B1 (en) * 2000-10-23 2004-08-24 Christopher C. Toly Human surgical trainer and methods for training
CN2751393Y (zh) * 2004-11-25 2006-01-11 刘霄飞 缝合训练模块
CN201498135U (zh) * 2009-10-09 2010-06-02 北京医模科技有限公司 膝关节模型
CN201853414U (zh) * 2010-11-23 2011-06-01 王霄 一种外科仿真皮肤缝合模型
CN202363002U (zh) * 2011-11-17 2012-08-01 罗福昌 膝关节镜练习模型
CN103302859A (zh) * 2013-05-21 2013-09-18 黄辉 一种彩色三维打印机与打印方法
CN104269092A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 成都学创伟业科技有限公司 手术辅助骨骼模型制备方法
US20160339349A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 Disney Enterprises, Inc. Biomimetic skin for an animatronic figure and other applications
CN205091991U (zh) * 2015-10-10 2016-03-16 中国人民解放军第二军医大学 基于三维打印的脊柱截骨组装教学模型
CN106626364A (zh) * 2016-12-08 2017-05-10 湖北第二师范学院 一种物联网3d立体沙盘打印机及其打印方法
CN206601879U (zh) * 2017-03-17 2017-10-31 长沙医学院 可拆卸膝关节教学模型
CN110546004A (zh) * 2017-05-30 2019-12-06 迪格尼提健康公司 用于构造具有预确定的解剖学特性、生物力学特性和生理学特性的合成解剖模型的系统和方法
CN107320221A (zh) * 2017-06-21 2017-11-07 四川大学 一种基于3d打印技术的畸形膝关节骨骼模型制作方法
JP2019113800A (ja) * 2017-12-26 2019-07-11 株式会社武蔵野 人体模型
CN108836457A (zh) * 2018-04-27 2018-11-20 昆明医科大学第附属医院 一种3d打印个性化前交叉韧带重建股骨隧道定位器及其制备方法
CN209297596U (zh) * 2018-06-27 2019-08-23 广州健普医疗用品有限公司 一种模拟伤口缝纫练习垫
CN108648593A (zh) * 2018-08-17 2018-10-12 江苏省人民医院（南京医科大学第附属医院） 一种脊柱椎间孔镜手术模型及其制作方法
CN109345932A (zh) * 2018-08-29 2019-02-15 中国科学院自动化研究所 基于3d打印的医疗模型及其制作方法
CN209405667U (zh) * 2018-11-30 2019-09-20 中山市金三模特道具有限公司 一种人偶仿真皮肤结构及假肢
CN109435489A (zh) * 2018-12-13 2019-03-08 珠海赛纳打印科技股份有限公司 三维物体喷墨打印方法、打印设备及计算机可读存储介质
CN109345935A (zh) * 2018-12-22 2019-02-15 营口东峰工贸有限公司 新型高仿真皮肤、皮下组织、肌肉、骨骼、关节医学模型
CN109712497A (zh) * 2019-01-22 2019-05-03 刘炯 一种膝关节解剖教学模型及其生产方法
CN110302432A (zh) * 2019-06-14 2019-10-08 华南理工大学 一种具有梯度孔结构的全层皮肤组织工程支架的制备方法
CN110223391A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 秒针信息技术有限公司 骨骼的三维立体模型的3d打印方法及装置
CN110605853A (zh) * 2019-10-22 2019-12-24 珠海赛纳三维科技有限公司 三维器官模型、三维器官模型的打印方法、打印装置及打印设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112641509A (zh) * 2020-12-16 2021-04-13 四川美术学院 一种髋关节镜手术模拟装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111554165B (zh) 2023-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. 3D printing of physical organ models: recent developments and challenges
JP5239037B2 (ja) ３次元造形モデル作製方法および医療・医学・研究・教育用支援ツール
US9437119B1 (en) Method for fabricating simulated tissue structures by means of multi material 3D printing
Toth et al. Computer-designed prostheses for orbitocranial reconstruction
JP5904110B2 (ja) 造形物の製造方法
CN109345932B (zh) 基于3d打印的医疗模型及其制作方法
CN115476517B (zh) 手术训练模型及其打印方法、打印系统
US20250372002A1 (en) Systems and methods for surgical training model
WO2005037529A1 (ja) ３次元造形物の作製方法および３次元造形物
CN111554165B (zh) 关节模型及其打印方法、打印系统、三维打印设备
US20250191497A1 (en) Endoscopic endonasal skull base surgery trainer
US20250225755A1 (en) Three-dimensional anatomical parts
US11705020B2 (en) Method of manufacturing a bio-model comprising a synthetic skin layer and bio-model comprising a synthetic skin layer
US20230343244A1 (en) Training device
US20230278291A1 (en) Resective epilepsy surgery brain simulator
KR20220029801A (ko) 실제 인체와 유사한 골격을 포함한 시뮬레이션용 인체 더미의 3d프린팅 방법
Mammadov Three-dimensional printing in medicine: current status and future perspectives
CN107025831A (zh) 一种制作手术仿真模型的方法及颈丛阻滞麻醉手术模型
Thielen et al. Rib cage recreation: towards realistic neonatal manikin construction using MRI scanning and 3D printing
RU234086U1 (ru) Устройство для создания модульного биомедицинского тренажера-имитатора человеческого тела
US12400560B2 (en) Training station for surgical procedures
Entsfellner et al. A new physical temporal bone and middle ear model with complete ossicular chain for simulating surgical procedures
Davis et al. The evolution of design: a novel thoracoscopic diaphragmatic hernia repair simulator
US20240257667A1 (en) 3d-printed medical simulator and method
WO2023059334A1 (en) Compound articles representing body portions

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant