一種基于三維打印技術的乳房假體制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫學治療領域和乳房假體制造領域，特別是一種基于醫學影像和快速成型技術的乳房假體制造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，乳腺惡性腫瘤的發病率不管在歐美發達國家還是在我國城市中均為女性惡性腫瘤的首位。目前針對乳腺癌的治療主要是以手術為主的綜合治療，手術方式主要有傳統的乳腺癌改良根治術和近年發展的保留乳房的乳腺癌根治術。傳統的乳腺癌改良根治術是要將全乳切除，造成乳房整體的缺如；而保留乳房的乳腺癌根治術如果切除不足，會造成腫瘤殘留致使治療失敗，如果切除過大又造成乳房整體變形，缺乏美感。無論哪種手術都會造成乳房整體美觀的破壞，給病人帶來巨大的社會和心理創傷，而乳房重建手術是解決問題的一種有效手段。
[0003]目前臨床實施的乳房重建手術多是將乳房整體切除后通過轉移正常組織或結合植入異種假體的方式來完成，在臨床上雖然到達某種美觀的目的，但是存在二次創傷(轉移正常組織)、損傷大、遠期效果不理想以及并發癥多的諸多缺點。另一方面，數據顯示，近年來國外保乳手術占總乳腺癌手術的比例已經穩定地維持于50?60 %之間，而我國目前的保乳手術占比平均不到20 %左右。為此，無論是從醫學發展的角度還是市場潛在的增長角度，尋找一種既能達到腫瘤根治切除又能實現個性化整形美容的乳房重建方法尤為迫切。
[0004]醫學未來發展方向是“精準醫療”，而3D打印技術又在臨床開始使用，因此，我們考慮實施一種技術，將兩者在臨床結合，既符合“精準醫療”的方向，又達到醫學最小無損傷治療原則的目的，就是基于三維打印技術的乳房假體制造方法。
[0005]這一技術和方法是通過即刻的三維打印部分缺損乳房假體并即刻植入手術缺損區，滿足不同患者個性化外形的要求，實現了個體化治療，在乳腺癌臨床治療領域具有首創性。同時在方法學上，本發明提出一種基于生物三維打印技術的個性化數字化乳房假體制備方法。
[0006]該方法在術前根據患者的乳腺醫學影像數據對待切除的腫瘤進行分析定位，確定切除部分的形狀、大小和位置，綜合考慮乳房重建時患者腫瘤根治和個性化整體美容需求，，依據乳房塑形黃金法，對待填充的乳房假體進行三維建模，選擇符合乳房手感質地的生物相容性材料，利用生物三維打印技術按照模型制備出符合要求的個性化乳房假體，避免了既往采用的"四要素法"、阿基米德水置換法、乳腺鉬靶法、MRI法、計算機輔助測量法、CT法、B超法等等的繁瑣過程，減少操作的隨意性和人為誤差，增加了乳房重建后的美容效果，減少了手術難度，使醫學、材料學和制造技術有機結合，達到轉化醫學的目的，順應“互聯網+”的發展趨勢，符合“中國制造2025之生物醫藥及高性能醫療器械”的要求，實現制造業在醫學領域中的升級。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有乳房重建術可選乳房假體體型固定，造型單一，重建時修型復雜，術后美容效果不確定、遠期并發癥較多等缺陷，提出一種基于生物三維打印技術的個性化數字化乳房假體制備方法。該方法在術前根據患者的乳腺醫學影像數據對待切除的腫瘤進行分析定位，確定切除部分的形狀、大小和位置，建立三維數字化腫瘤模型，綜合考慮乳房重建時患者個性化整體美容需求，依據已建立的腫瘤模型和乳房塑形黃金法，優化設計乳房假體三維模型，選擇符合乳房手感質地的生物相容性材料，利用生物三維打印技術將乳房假體模型打印成形并進行后期外觀表面處理。
[0008]為達到上述目的，本發明采用的技術方案具體如下:
一種“個性化”乳房假體的制作方法，包括以下步驟:
步驟(I)、獲取影像數據:
通過乳腺MR1、鉬靶、超聲等醫學影像學常規診斷手段掃描患者的乳房，以乳房MRI為基礎，融合其他醫學影像診斷結果，獲取該患者雙側乳房的高質量醫學影像原始數據；步驟(2)、乳腺組織的三維建模:
首先根據步驟(I)獲取的數據，通過三維圖象重建算法或醫學圖像處理軟件重建該患者乳腺組織的三維圖像，定量測量后獲得該患者雙乳房和乳腺的三維形態數據；根據雙乳房和乳腺的三維形態數據，建立乳房形態、彈性的定量關聯模型，根據乳房塑形黃金設計法進行乳房整體美學評價，獲得乳房整體美學技術參數，為后續待填充乳房假體模型的優化設計提供基礎。
[0009]所述的雙乳房和乳腺的三維形態數據包括乳房體積、乳腺體積、乳房表面積、乳房高度、乳頭間距、乳房表面曲線距離；
所述的乳房整體美學評價標準以如下五個數據尤為重要:①R線，即乳房基底半徑線；②H線，即乳軸線；(DL線，即胸乳間距線;?QQ線，即乳頭間距線線:即乳房球面側弧線；其中R線決定乳房形態，一般在5?6cm間，它的長短決定了其他四條線出線決定乳房的高度和大小，一般不小于5cm ;乳房的挺拔程度則由L線決定，一般在18?21cm間；QQ線則體現了乳溝的深淺及形態，在18?22cm之間；線對于設計乳房的飽滿度很重要，上下π線分別要達到70度、80度。只有五線和諧的胸部曲線才是最美麗的，利用五線對乳房形態進行重塑的方法被稱為乳房塑形黃金設計法。
[0010]步驟⑶、乳腺腫瘤的三維建模:
針對步驟(2)獲得的乳腺組織的三維圖像，根據乳腺腫瘤圖像特點利用圖像分割算法分離出腫瘤模塊的三維影像數據；基于影像分辨率和成像層厚確定腫瘤的形狀、大小和位置，以腫瘤側乳頭中心為坐標原點，分析得到腫瘤的相對位置坐標，明確腫瘤切除邊界，建立待切除腫瘤的三維模型。
[0011]步驟(4)、待填充乳房假體模型優化設計:
根據步驟(3)建立的患者個性化腫瘤模型，綜合步驟(2)獲取的患者整體乳房的三維形態數據和美學技術參數，確定理想乳房假體的形態；然后考慮腫瘤切除后乳腺體積和形態要求，以及患者雙乳對稱的個性化美觀需求，進一步優化理想乳房假體的輪廓線以及基底半徑線、乳軸線等乳房美學五線數據，得到優化后的乳腺假體模型；將優化設計好的乳腺假體模型轉化為三維打印機可以識別的機器指令文件。
[0012]所述的理想乳房假體的輪廓線弧形轉角要求小于等于45°。
[0013]步驟(5)、假體快速成型:
將轉化保存好的三維打印機可以識別的機器指令文件傳送至快速成型機，進行分層數據處理，獲得乳腺假體的分層數據；根據步驟(2)建立的乳房形態、彈性定量關系模型，在目前常用的可植入人體的生物相容性材料中選擇彈性模量相當的材料，將其結構打印出來，或者采用光敏樹脂打印模具，將彈性模量相當的生物相容性材料灌注進模具成型。
[0014]步驟(6)、后期表面處理:在打印出來的乳房假體外表面可以再包裹一層由可植入醫用彈性體硅橡膠制成的囊皮，使乳房假體整體性能好，結構可靠。
[0015]本發明的有益效果:
本發明構建乳房模型，直接對術前、術中以及術后的乳房外觀進行評定；通過精確測量乳腺體積，減少人為因素對假體體積的錯誤計算的影響；乳腺腫瘤三維建模分析清晰顯示乳房腫瘤與周圍組織的關系，便于醫生確認腫瘤切除范圍；乳房假體結構設計合理，與切除腫瘤后的乳房良好契合，整形效果顯著；利用三維打印技術，快速為患者提供個性化和精準化的乳房假體，提高治療效果，降低醫療成本。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的獲取影像數據示意圖；其中1.磁共振掃描儀，2.待掃描軀體，3.掃描所得乳腺數據；
圖2為本發明的乳腺組織和乳腺腫瘤的三維建模示意圖；其中4.醫學三維圖像處理軟件，5.乳房模型，6.實施例1乳房黃金五線，7.不規則的腫瘤模型，8.不規則腫瘤的假體模型，9.實施例2乳房黃金五線，10.規則的腫瘤模型，11.規則腫瘤的假體模型；
圖3為本發明的假體快速成型的示意圖；其中12.三維打印機，13.乳房假體，14.模具;
圖4為本發明的后期表面處理的示意圖；其中15.處理后的乳房假體。
【具體實施方式】<