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研究目的:利用逆向工程和3D打印(three dimensional printing,3DP)技术建立全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)器械的模型库。以临床上实际应用的膝关节假体和相关器械为标准原型,通过逆向工程、优化3D打印材料和技术建立TKA器械的数字模型(以下简称数字模型)库,为将来临床术前模拟演练等应用建立实物模拟模型打下基础。研究方法:以德国LINK公司Gemini PS型假体和配套手术器械为研究对象。1.在非接触式测量前提下,结合高精度手持式扫描系统和3Shape TRIOS~?便携式彩色口内扫描仪系统的优点,选择联合使用的扫描方法获取TKA器械三维结构。然后使用逆向工程技术在数字模型上逐个还原器械原始结构,建立TKA器械数字模型库;2.根据逆向工程误差来源和误差理论,形成逆向工程重构TKA器械模型曲面精度的评价标准;3.选取同时具有复杂曲面和规则平面、模型尺寸较大的左膝关节股骨端置换假体L5号作为起始样本,根据误差理论设计试验,通过三种不同的制作方案来分别验证逆向工程和3D打印技术在模拟TKA器械精度上的可行性,并在此基础上建立数据模型库。研究结果:通过逆向工程技术完成德国LINK公司TKA相关器械扫描及建模,按照器械编号形成数字模型库。3D打印模拟模型精度要求即总误差为0.5 mm,根据误差理论,在此前提下,在使用方案1制作模型时,逆向工程二次重构允许最大误差范围为0.4086 mm。实际方案1制作的模型逆向重构后的整体偏差平均为0.1197 mm,局部细节的标准偏差平均仅为0.0798 mm,均在逆向重构允许误差范围内。在使用方案3制作模型时,逆向工程二次重构允许误差范围不超过0.1872 mm。从整体来看,其标准偏差0.1392 mm在重构误差允许范围内,但从局部来看,其标准偏差0.2096 mm已经超过允许范围。方案2制作的模型偏差为0.5288 mm,已超出总误差范围要求。结论:1.初步建立了以德国LINK公司Gemini PS型假体和配套手术器械共122件器械为主的TKA相关器械的数字模型库;2.形成了逆向工程操作流程和标准;3.确定了逆向工程和3D打印技术在精度上满足TKA器械模型库的需求,且方案1可作为制作TKA器械实物模型的首选方法。4.为临床术前模拟演练等应用初步奠定了数字模型和3D实物模型基础。