[發明專利]一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板及制備方法

在審

• 申請號: 201710559012.1
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107349003A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 劉俠;劉曉;劉歡
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: A61B17/70
• 分類號: A61B17/70;B33Y50/00;B33Y10/00;A61B34/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板及制備方法，運用3D打印技術將其打印實物用于手術過程，其中包括：導板一塊、左右兩個椎弓根螺釘進釘通道；所述的導板下曲面與腰椎椎骨后椎板表面反向一致，上曲面與腰椎椎骨后椎板表面一致；螺釘進釘通道的位置與角度經有限元受力分析后確定，螺釘通道在導板上曲面向外部延伸30mm~50mm；導向釘道能夠讓椎弓根螺釘準確進入人體腰椎，能夠預防螺釘錯位和椎弓根的斷裂的手術風險，能夠讓手術操作變得簡便容易。

2.如權利1所述的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，其特征是上述的手術導板可以覆蓋在1到5號腰椎的任意一塊椎板上，導板上設置與進釘孔道位置角度一樣的螺釘導向通道其數目與進釘個數一致，導板體積小且不需要棘突孔。

3.如權利2所示的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，其特征是導板體積小設計于兩個椎骨棘突之間，螺釘進釘的導向通道設計在了所述導板的左、右側。

4.如權利3所示的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，其特征是進釘孔道是在對脊椎進行力學計算分析后確定的進釘孔道的位置與角度。

5.如權利4所示的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，其特征是所述導板上的進釘孔位于棘突的兩側分列兩邊，設置在導板的兩側位置并由導板向外延伸30mm~50mm。

6.如權利1所示的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，其特征在于擁有與患者腰椎表面吻合緊密貼合的底部曲面和與腰椎形狀一致的頂部曲面。

7.根據權利要求1~6任意一項所述的基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板的制作方法步驟為：

步驟1：采集病患的MPI和CT生成的醫學圖像的標準數據——DICM數據；

步驟２：通過Mimics17.0之中的選項New Project進行新項目的建立，并導入DICOM數據確定CT導入的三維方向后將其轉化為可以進行研究模型；

步驟３：選擇semgentation中的thresholding進行閾值分割，之后選擇Region Growing選項進行區域生長運算，選擇segentation中的Edit mask in 3D現象建立三維模型通過Remove選擇自己需要的部位之后生成蒙板；

步驟４：選擇masks中的calculate 3D選項對選擇的蒙板建立三維模型，通過export中的Binary STL將已經建立好的三維模型導出并保存為STL格式的文件；

步驟５：打開Geomagic studio，導入步驟4中所獲得腰椎三維模型的STL文件，利用多邊形中的“重畫網格”、“去除特征”、“流形”、“刪除釘狀物”、“減少噪聲”、“細化”、“打磨”、“光順”及精確曲面化中的的“自動曲面化”、“擬合曲面”等功能對椎骨的三維模型進行處理，得到與腰椎椎體的真實曲面十分近似的三維可視化模型并另存為iges格式的文件；

步驟６：打開ANSYS 17.0，導入在步驟5 中所獲得的優化后的三維模型的iges文件，首先對模型進行預處理結構離散化并生成有限元網格、設置材料屬性、引入載荷與邊界條件、接觸關系定義（主要選擇自由度和集中力載荷），接著對已經建立的有限元模型實施加載并進行求解，計算得出相應的位移和應力，表示在ANSYS結果云圖中；

步驟７：以步驟6中獲得的有限元受力結果云圖（在受力云圖中受理大、位移大的位置用淺色表示，受力小、位移小的位置用深色表示）之中受力較小且位移較小的腰椎椎骨的位置為標準進行選取并確定進釘點位置與進釘角度；

步驟８：根據步驟7中確定的進釘點位置和進釘角度，在Mimics17.0中找到相應的位置并放置椎弓根螺釘，經過Boolean計算后會的確定的最佳進釘通道；

步驟９：在Geomagic studio中選取椎弓根螺釘已確定位置周邊的的椎體棘突、椎板后部及部分關節突的解剖形態學，創建與所提取到的解剖形狀一致的、厚度為5mm~7mm的反向模板，并與步驟7中的最佳進釘通道舉行擬合、優化等一系列的操作，最終獲得帶有導向通道的個體化螺釘置入導板，結果保存為STL格式文件；

步驟10：將步驟９獲得的導板的STL文件導入3D打印機進行實體打印，得到可以手術使用的螺釘植入導板實體。