[发明专利]一种骨科内固定物成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及骨科器械领域，特别涉及一种骨科内固定物成型方法。

背景技术

骨科内固定技术已广泛应用于临床，杰出的骨科医生，往往不仅是技艺高超的“鲁班”，还是优秀的发明家。基于杆-螺丝钉、板-螺丝钉等结构解决了骨科植入物的固定、受力和耐久性等力学问题。依靠螺丝钉固定的骨科植入物，由于“螺丝钉与宿主骨破坏性的固定方式”、“工业化的棒、板、带、丝等结构无法与个性化的宿主骨表面契合”以及“植入物弹性模量与活体骨之间的差异”等原因，使得植入物固定后，宿主骨会出现“应力集中”和“应力遮挡”等力学现象，由此引起“骨萎缩”、“骨不连”等并发症发生。

因此，如何基于逆向、正向设计，通过3D打印，制造出个性化的无源内固定物，摆脱骨科植入物固定时对螺丝钉的依赖，使宿主骨避免应力集中、减少应力遮挡是一项亟待突破的关键技术。这不仅能在骨生物力学的理论研究上、骨科无源内固定物正向和逆向工程设计的方法上取得新进展，还有望应用于临床。随着人口老龄化、GDP的持续增长和医疗政策改善，中国的骨科器械市场以每年15-20％的速度持续增长。

发明内容

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可克服应力集中和应力遮挡的骨科内固定物成型方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种骨科内固定物成型方法，包括以下步骤：

步骤1、由断层扫描获得活体骨连续的断层影像，在逆向工程软件中对连续断层影像进行堆栈，在扫描坐标系中重建活体骨的三维模型；

步骤2、计算活体骨的质心和惯量主轴，获取体微元的密度ρ，获取断层图像的水平分辨率Δx、垂直分辨率Δy和层距Δz，ΔV＝ΔxΔyΔz，获取活体骨上点i在扫描坐标系的位置坐标(x_oi,y_oi,z_oi)，将上述参数代入算式：

计算得出α,β,γ，其中(x_αi,y_αi,z_αi)为活体骨上点i在绕x轴转动α后的位置坐标，(x_βi,y_βi,z_βi)为活体骨上点i在绕x轴转动α再绕y轴转动β后的位置坐标；

步骤3、将扫描坐标系绕x轴转动α，绕y轴转动β，绕z轴转动γ，将扫描坐标系的原点移动至活体骨的质心，实现活体骨的姿态定位；

步骤4、获得步骤3中活体骨表面上的点i的坐标(x_i,y_i,z_i)，代入算式：

获得点i在放大活体骨上的坐标(x_i',y_i',z_i')，其中D_x(x_i,s,c),D_y(y_i,s,c),D_z(z_i,s,c)表示割圆曲线，s表示放大倍数，c表示点i所处的位置曲线的凸凹性，进而计算得出放大活体骨的三维模型，将放大活体骨与活体骨之间做“或”布尔运算，得到活体骨的铠甲；

步骤5、将步骤4中的活体骨的铠甲剪裁设计成包括榫部、卯部和燕尾槽栓的榫卯结构。

本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出骨科无源内固定物个性化成型方法，相较于现有技术，本发明的骨科内固物采用榫卯结构实现相互固定，摆脱了对螺丝钉的依赖，避免对宿主骨的破坏，同时避免了固定过程中集中应力的发生；固定物与宿主骨之间的几何关系来自逆向工程，使得固定物与宿主骨之间实现了高度契合，由此减少了固定物与宿主骨之间应力遮挡；这两项技术从源头上解决了骨萎缩、骨不连等并发症的发生。

附图说明

图1是本发明实施例骨科内固定物成型方法的流程图；

图2是本发明实施例第一跖骨三维重建示意图；

图3是本发明实施例第一跖骨姿态定位之前的状态图；

图4是本发明实施例第一跖骨姿态定位之后的状态图；

图5是本发明实施例第一跖骨姿态定位前后的对比图；

图6是本发明实施例第一跖骨铠甲立体图；

图7是本发明实施例第一跖骨铠甲主视图；

图8是本发明实施例第一跖骨铠甲俯视图；

图9是本发明实施例第一跖骨铠甲和第一跖骨的结合图；

图10是本发明实施例第一跖骨铠甲的榫卯结构示意图。