[发明专利]个性化四肢骨接骨内固定装置弹性模量确定及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及骨科内固定植入物，具体涉及一种符合人体四肢骨的生物力学要求的个性化四肢骨接骨内固定装置弹性模量确定及制备方法。

背景技术

骨折是医学临床上一种常见的病，内固定则为常常需要用到的方法，即利用钢板、螺钉等内固定植入物直接对骨折断端进行手术固定的方法。良好的骨折内固定植入物应具备以下几个条件：①良好的生物相容性；②足够高的强度和稳定的固定；③尽量少的并发症并能促进骨折愈合，即要求在骨折治疗中不仅要求固定切实可靠，同时减小骨折断端的剪切应力和应力遮挡，有利于早期功能锻炼，促进骨折愈合。应力遮挡在骨折早期提供稳定固定，在骨折后期对骨折愈合与骨痂建立产生负面影响——使骨折愈合骨痂生长缺乏应力刺激而使骨重建负平衡，导致骨密度降低、骨结构紊乱、骨皮质和骨松质疏松。

目前采用的内固定植入物材质均一，尽管整体已符合人体骨骼解剖几何和弹性模量，但是人体骨骼弹性模量分布不均和个体差异存在，仍存在内固定物与人体骨骼不贴服和局部弹性模量不匹配现象，发生剪切应力和应力遮挡，导致内固定物松动、断裂、骨折周围局部骨质疏松、骨折延迟愈合甚至不愈合等并发症。因此，研究和开发符合人体骨骼生物力学性能的个性化内固定植入物，即基于弹性模量配准的四肢骨个性化接骨内固定装置是研发新型植入物的方向之一，同时对指导科研人员寻找新型的内固定材料有重要的价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述内固定植入物与人体四肢骨不贴服、弹性模量不匹配的技术问题，提供一种兼具内外在个性化，与人体四肢骨贴服，与个体骨骼生物力学特性匹配性好，钢板、螺钉的应力分布更加均匀合理，能够减少内固定材料对骨骼的应力遮挡效应和提高骨折界面的压缩力，更加符合骨折愈合的固定要求，能够为下一步新型材料的研发、手术方式及手术器械的优化设计并建立相关数据库提供科学依据的个性化四肢骨接骨内固定装置弹性模量确定及制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种个性化四肢骨接骨内固定装置弹性模量确定方法，步骤包括：

1）针对发生骨折的目标四肢骨进行CT扫描，将CT扫描数据利用医学影像控制系统重建目标四肢骨的三维模型；

2）利用医学影像控制系统赋予目标四肢骨的材料属性，所述材料属性包括目标四肢骨的弹性模量及分布、泊松比；

3）建立目标四肢骨的有限元分析模型，通过所述有限元分析模型在指定的不同工况、载荷以及指定的接触定义、约束条件下分析得出目标四肢骨的弹性模量梯度分布规律；

4）根据手术要求在机械绘图软件中绘制内固定装置，针对目标四肢骨的骨折部位和内固定装置之间的装配关系，结合目标四肢骨的弹性模量梯度分布规律，采取插值法得到内固定装置的弹性模量。

优选地，所述步骤2）中利用医学影像控制系统赋予目标四肢骨的材料属性时，目标四肢骨的弹性模量的计算函数表达式如式（1）所示；

E-Modulus = -388.8+ 5925*Density（1）

式（1）中，E-Modulus为弹性模量，Density为密度，密度Density的计算函数表达式如式（2）所示；

Density = -13.4 +1017*Hu（2）

式（2）中，Density为密度，Hu为CT扫描的灰度值。

优选地，所述步骤2）中利用医学影像控制系统赋予目标四肢骨的材料属性时，目标四肢骨的泊松比的值为0.3。

本发明还提供一种个性化四肢骨接骨内固定装置的制备方法，步骤包括：

S1）采用本发明前述个性化四肢骨接骨内固定装置弹性模量确定方法确定内固定装置的弹性模量；

S2）采用金属烧结技术制备满足弹性模量要求的内固定装置。