髋关节假体三维造型设计+SolidWords三维建模(3)
[5]
。它由如下系列单元技术组成：① CT图象摄取； ② CT图象输送与处理； ③ 三
文造型；④ 匹配设计；⑤ CAM。定制型髋关节假体考虑了患者股骨的解剖学特征（髓
腔，转子等），与患者股骨较为匹配，在一些股骨形态异常的髋关节置换术中较多采
用定制型假体[6][7]
。
系列假体由于受产品规格限制，使得假体与患者骨的匹配程度较低，术后易出现
双下肢不等长的现象，不同程度影响了患者的术后生活质量。定制式人工髋关节即可
解决这一不足，但其成本较高。
（3）基于CT 片的设计
目前定制型髋关节股骨侧假体设计主要根据患者的 CT片，设计分为以下几个步
骤，首先，对患者诊断以后，通常采用图像处理软件对患者股骨 CT-扫描图像进行处
理，提取其边缘数据，根据这些边缘数据利用 CAD软件将需要的关节区域三文重建出
来，第二步根据三文重建出来的关节模型，设计假体三文形状，然后采用有限单元法
分析设计出的假体受力情况，最终设计者要与骨外科医生共同分析设计出的假体，假
体设计综合考虑医生的观点（如假体与股骨腔贴合程度，假体球头和颈部尺寸以及假体外部活性涂层等）[8]
。这种定制型人工髋关节设计存在着一些缺陷，如在人工髋关
节翻修术中，无法获得患者髋关节 CT片，只能获得 X光片，另外髋关节股骨侧假体
形状一般较为复杂，需要在数控加工中心上才能加工出关节假体，加工成本较高。
(4) 基于X线片的设计
X 线片的设计方法主要是利用两张 X 线片(正、侧位) ， 得出假体正侧位数据, 再
用简单的截面形状, 如矩形、椭圆形、扁形等设计出假体。设计主要包括光片处理，
数据提取，股骨侧假体形状设计以及设计检验。这种方法设计成本低，但因未考虑到
股骨内腔的复杂情况,往往匹配效果不理想，容易产生松动
(5) 基于X线片和 CT片的设计
同时利用 X 线片和 CT 片进行股骨假体设计的新方法是利用两张 X 线片(确定股
骨假体纵向轮廓形状) 和五张典型横截面 CT 片(确定股骨假体横截面轮廓形状) 进行
CAD 三文设计, 该方法结合了用 CT 片和X 线片进行设计的优点, 既提高了假体与股
骨的匹配程度, 又降低了所需 CT 片的数目, 从而降低了假体成本。
(6) 采用反求工程设计
采用反求工程技术， 可以获取较完整的髋骨表面几何信息，得到表面的点云数据,
利用这些点云数据可以重构髋臼表面，甚至整个髋骨表面 CAD 模型。所谓反求工程,
就是从实际存在的物体出发。得到该物体的可以在计算机中表示的三文数学模型的过
程[9]
。大致包括：点云数据获取、点云数据分片, 曲面重构和生成 CAD 模型这几个步
骤。
1.2 三文造型技术的发展现状
1.2.1 三文造型技术
CAD 技术从产生至今已有 40多年的历史，先后经历了二文计算机绘图、三文线框
造型、曲面造型、实体造型、参数化设计和特征造型等几个发展阶段。CAD技术作为
成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力[10]
。从整个发展历
程来看，传统的CAD 技术已经走向成熟，并且在产品制造业以及其它领域中广泛应用。
但随着计算机硬件环境的不断变革、先进科学的计算方法不断出现、工业产品设计与
制造等需求的大力推进，CAD技术也在不断地发展和更新[11]
。
三文造型有三种层次的建立方法，即线框、曲面和实体，也就是分别对应于用一