面向人工骨的3D打印机结构设计及骨三维重建方法研究

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1、级：分类号：密ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文（工程硕士）面向人工骨的３Ｄ打印机结构设计及骨三维重建方法研究：硕士研究生．朱崇指导教师：于凌涛副教授企业导师：王伟东高级工程师学科、专业：机械工程论文主审人：郭王岚教授哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文面向人工骨的3D打印机结构设计及骨三维重建方法研究硕士研究生：朱崇指导教师：于凌涛副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年6月学位授予单

2、位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonstructuredesignandbone3Dreconstructionof3DprinterorientedtoartificialboneCandidate:ZhuChongSupervisor:A.Prof.YuLingtaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubm

3、ission:May.2018DateofOralExamination:June.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要随着医疗以及工业领域的快速发展，人们对于医疗手术的先进性，高效性有着迫切的要求。在人工骨医疗研究领域中，骨三维重建技术与3D打印机技术相结合制备人工骨具有重要地位，人工骨的用途有两方面，其一是制备人体骨骼模型用于临床研究实验，其二是对于像粉碎性骨折患者这样无法通过常规手术固定方法来固定骨折部位的状态下，通过基于CT图片三维重建的方式对骨折部位的骨骼进行

4、虚拟复位重组，建立比较完整尺寸大小的骨折块，通过3D打印的形式制备人工骨用于骨折患者的手术中去，帮助骨折患者恢复行动能力。本文主要设计一种新型的熔融沉积（FDM）型人工骨3D打印机的机械结构，并对骨三维重建方法进行研究。为满足打印制备人工骨的要求，提出以熔融沉积原理为基础的人工骨3D打印机机械结构总体设计方案，以提高打印机加工难易度、结构紧凑、降低经济成本等方面为出发点，为打印机的执行机构进行选型；通过考虑尽可能减弱复杂机构加工、装配误差影响，设计以Delta机构以及附属机构为主体的执行机构，根据尺寸关系设计打印机各个部件，根据打印人工骨的材料理

5、化性质对喷头进行优化设计。推导Delta机构运动学逆解并对执行器末端进行运动空间仿真分析，确定打印机执行器末端的可达空间；完成打印机装置元器件的选型工作，设计控制系统。分析通过CT图片进行三维重建方法的可行性；基于CT图片对人体骨骼进行三维重建，通过体渲染的方式对骨骼模型进行重建前的可视化观察分析，对CT图片进行预处理，最后重建出可以用于人工骨3D打印机制备人工骨的骨骼模型。研究分离目标骨骼的方法，通过对比观察优选出最有效的分离提取目标骨骼的方法；设计实验方法对提取出的目标骨骼隐蔽处的骨骼像素缺失部位进行修复并进行光滑处理提高模型美观度；针对粉碎

6、性骨折的病人需要骨折虚拟复位的问题，采用常用的骨折复位方法进行复位，提出高效的新方法进行骨折复位，并对两种进行分析比较，最终确定最合适的骨折复位方法，准确地得到患者健康状态下的骨骼模型，保存为适用于3D打印的文件格式。关键词：CT图片；人工骨；三维重建；3D打印技术；Delta机构哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmedicalandindustrialfields,thereisanurgentneedfortheadvancementandefficiencyofmedicaloper

7、ation.Inthefieldofartificialbonemedicalresearch,thecombinationofbonethree-dimensionalreconstructionand3Dprintertechnologyisofgreatimportancetothepreparationofartificialbone.Theuseofartificialbonehastwoaspects.Oneistopreparethehumanskeletonmodelforclinicalresearch,andtheotheri

8、sthatthepatientslikecomminutedfracturecannotbefixedbyconventionalsur