[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201710559012.1
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107349003A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器具領域，尤其是涉及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。

背景技術

近年來由于醫(yī)學成像設備和計算機軟硬件的飛速發(fā)展，醫(yī)學斷層切片圖像的三維重建已經(jīng)引起了廣泛的注意并進一步臨床診斷方面實現(xiàn)了應用，用時對醫(yī)學診斷、治療創(chuàng)造了有利的技術支持，并為生物3D打印技術提供了基礎磐石。三維重建技術，能夠在任何方向上和任何角度進行觀察，可由三維圖像在旋轉的過程中深入觀察解剖結構、病患范圍和位置的之間的空間關系，這種技術能夠為臨床醫(yī)生解決二維影像觀察不方便、不行西等問題，并為手術方法和手術路徑的選擇提供了重要依據(jù)。另外，手術導板（手術引導板是手術工具進行精確定位的輔助治具）能夠根據(jù)患者特點和病變骨表面的特點進行符合每個患者的個性化設計，使用時只需緊貼骨面，即可對手術工具有效定位。通過手術導板的使用避免了先前醫(yī)生通過視覺觀測和簡單的尺子工具測量造成的巨大錯誤和手術風險，提高手術效率和成功率。

二十一世紀以來，通過使用有限元分析對骨科生物力學的研究不斷發(fā)展， 有限元模型逐漸應用于人體骨骼生物力學分析，有限元分析方式測試所需時間少、成本小、力學性能測試全面、可重復性好、可以準確反映解剖學結構特點，虛擬仿真手術方式及過程。當前3D打印機可以將精度達到0.1mm，這一點極大的提升了手術精確度，從而提高手術的速度和效率降低了手術事故風險，確保手術成功。

本研究設計正是在這樣的背景下提出的。本研究為腰椎的椎弓根螺釘進釘精確的定位和導向，提供了一種快速的、利用有限元受力分析來計算腰椎受力大小和位移大小來確定入釘導向的、進行曲面擬合更接近于真實解剖學形態(tài)的個性化腰椎螺釘植入定位導向的醫(yī)療器具及其制備方法。

發(fā)明內容

為了實現(xiàn)對腰椎椎體進行有限元受力分析來輔助確定腰椎的椎弓根螺釘進釘精確的定位和導向,本發(fā)明的目的是提供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。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，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；所述導板的下曲面與腰椎椎骨后椎板表面反向一致，上曲面與椎骨表面一致；螺釘進釘通道的位置與角度經(jīng)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?shù)滥軌蜃屪倒葆敎蚀_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。

進一步所述的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，導板可以安裝在1到5號腰椎的任意一塊后椎板上，導板上設置與螺釘進釘位置角度一樣的螺釘導向通道其數(shù)目為所需螺釘個數(shù)保持一致，導板體積小且不需要導板棘突孔。

進一步所述的一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板體積小設計于兩個椎骨棘突之間不需要設計棘突孔，椎弓根螺釘導向通道設計在了導板的兩側。

進一步所述的導板上的螺釘導向通道，分別設計位于導板的左右兩側互不干擾，且于進釘孔道反向一致。

進一步所述的進釘孔道，其中進釘點位置與角度是在對腰椎椎骨進行有限元的力學計算分析之后確定的。

進一步，所述的進釘導向通道，導板上的進釘孔避開了椎骨的棘突分列在導板的左右兩側，并由導板的上曲面向外延伸30mm~50mm。

進一步，一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板，導板底部曲面能夠與患者腰椎椎骨表面緊密貼合，且導板擁有與腰椎椎骨椎板表面形狀一致的上曲面。

本發(fā)明還公開了一種基于有限元力學分析的腰椎螺釘植入導板制作方法：

步驟１：采集病患的MPI和CT生成的醫(yī)學圖像的標準數(shù)據(jù)——DICM數(shù)據(jù)；

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(shù)據(jù)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選項進行閾值分割，之后選擇Region Growing選項進行區(qū)域生長運算，選擇segentation中的Edit mask in 3D現(xiàn)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選項將三維模型導出并保存為STL格式文件；