[發明專利]骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法

在審

• 申請號: 201910457116.0
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN112089430A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 章浩偉;呂琳;劉穎;黃鵬杰
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;A61B6/00;G06F30/23;G06F113/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐穎

1.一種骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，

根據受傷部位具有對稱性結構和無對稱性結構分兩種鋼板制作方法：

對于有對稱性結構的，采集正常部位以及受傷部位CT圖像，通過正常部位的CT圖像反推骨折部位所需鋼板模型，并通過3D打印技術快速生產相適應的鋼板模具；依次包括數據采集模塊、逆向反推模塊、計算校核模塊、3D打印模塊；云端服務平臺與3D打印模塊鋼板制作數據共享；

對于無對稱性結構的，再分為長期佩戴和短期佩戴兩種情況，長期佩戴的系統依次包括數據采集模塊、三維實體構建模塊、有限元分析力學模塊、計算校核模塊、鋼板制作模塊、強度驗證模塊和與強度驗證模塊通過無線傳輸系統或通訊相連的云端服務平臺；短期佩戴的系統依次包括數據采集模塊、三維實體構建模塊、有限元分析力學模塊、計算校核模塊、鋼板制作模塊和與鋼板制作模塊通過無線傳輸系統或通訊相連的云端服務平臺；

所述計算校核模塊通過對模型應力、強度、螺栓預緊力計算校核，對模型進行不斷優化更改直至最佳。

2.根據權利要求1所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，對于受傷部位無對稱性結構制作鋼板，所述數據采集模塊包括醫學影像掃描儀器，醫學影像掃描儀器獲取患者受傷部位數據如CT圖像或MRI圖像；所述數據采集模塊收集的數據包括患者年齡，體重，身高等人體基本數據外還包含醫學影像掃描儀器掃描獲得的受傷部位數據，通過采集的大數據，對數據分成不同骨折類型或不同關節置換類型、不同年齡段上傳至云端服務平臺，根據不同年齡段和關節置換類型、骨折類型分類存儲CT圖像。

3.根據權利要求1或2所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，對于受傷部位無對稱性結構制作鋼板，所述三維實體構建模塊：將數據采集模塊得到的CT圖像數據導入軟件進行三維實體重建，得到的3D模型，3D模型再導入工程軟件中，在工程軟件中設計出不同骨折類型情況或關節置換情況的不同鋼板樣式和螺釘數目，并對其與患者傷處3D模型進行組裝；將不同關節置換類型、骨折類型下組裝好的模型依次單獨導入到Geomagic優化軟件進行曲面優化，通過去除特征、簡化、刪除釘狀物、網格醫生、精確曲面、擬合曲面步驟得到NURBS曲面，存儲為iges格式，再將存儲的iges格式文件導入Hypermesh軟件進行網格劃分，存儲為inp格式。

4.根據權利要求3所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，對于受傷部位無對稱性結構制作鋼板，所述有限元分析力學模塊：將三維實體構建模塊網格劃分后得到的inp文件最后導入到Abaqus或Ansys軟件，對模型施加力，模擬出在不同步態和靜止狀態下的應力狀況，得到應力云圖然后將所得到的力學分析結果通過無線傳輸或通訊連接傳輸到云服務平臺，所述云服務平臺特有的云端處理器通過比對外部數據最新的研究進展以及醫學算法給出對模型的指導，確定鋼板長度，進釘部位及方向，螺釘孔數，不斷完善模型，并返回工程軟件中進行改善，重復上述操作，不斷優化，直到在有限元分析力學階段得到最佳的應力云圖。

5.根據權利要求4所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，對于受傷部位無對稱性結構制作鋼板，所述鋼板制作模塊擬采用數控機床加工生產或其他快速成型加工方法對不同類型不同年齡段得出的系列鋼板模型進行生產，在有限元分析力學模塊中模擬出的最佳系列模型，將確定好的鋼板長度、進釘部位及方向、螺釘孔數送到數控中心，利用快速成型技術制備出系列鋼板。

6.根據權利要求1所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，對于受傷部位無對稱性結構制作鋼板，所述強度驗證模塊包括計算和實驗兩部分，計算包括通過力學公式對螺栓預緊力、鋼板壓力進行計算，得出關于模型強度的計算公式；實驗包括當需要生產一批量的鋼板在疲勞試驗機模擬鋼板疲勞性試驗，對于已經確定了材質和連接結構的鋼板，其影響疲勞強度的原因主要為荷載重復作用次數和疲勞應力比值；對于受傷部位有對稱性結構的，3D打印生產的鋼板如用于長期佩戴，則與前相同需要進行強度驗證。

7.根據權利要求6所述骨折和關節置換患者固定鋼板制作方法，其特征在于，通過鋼板上設置的具有生物相容性的壓力傳感器和外置三軸加速度傳感器判斷鋼板受力情況，并將檢測出的數據通過無線傳輸系統返回云端服務平臺，通過所述強度驗證模塊得出的鋼板壽命進行對比，給出患者需要更換鋼板的時間。