[發明專利]一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法及應用

在審

• 申請號: 202011032381.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112185521A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 趙仲航;紀愛敏;謝瑤;鄧銘;劉志
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G16H30/20
• 分類號: G16H30/20;G16H30/40;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：獲取骨折骨的三維圖像模型，結合臨床治療時的植入物三維布局模型，構建有限元模型，同時從中獲取骨折骨的彈性模量數據；

S2：將彈性模量數據和載荷應用到有限元模型中在有限元分析的基礎上進行靜力學分析，計算得到接骨板的應力集中區域，在應力集中區域插入預制的裂紋，構建接骨板剩余壽命評價模型；

S3：向接骨板剩余壽命評價模型中輸入不同時期的骨痂彈性模量和載荷，得到具條件下的剩余壽命數值模型。

2.根據權利要求1所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：所述的S2中裂紋插入應力集中區域后構建接骨板剩余壽命評價模型包括以下步驟：

判斷裂紋的擴展是否終止，

S21：若否，在有限元模型的基礎上，采用Paris公式da/dn＝a(ΔG)^b計算裂紋單次擴展需要的載荷循環次數Nx，其中G＝K²/E，

式中a為裂紋長度，n為載荷循環次數，K為與載荷成正比關系的應力強度因子，G為應變能釋放率，a、b為換算后的參數，E為骨痂的彈性模量；

S22：若是，停止執行步驟S21,將S21每一步循環計算的載荷循環次數N1、N2…直至Nn求和的結果N作為接骨板剩余壽命。

3.根據權利要求2所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：步驟S3包括以下步驟：

S31：輸入不同時期的骨痂彈性模量和載荷，確定對應條件下的接骨板的應力集中區域；

S32：給定初始裂紋尺寸，重復步驟S21和步驟S22。

4.根據權利要求2或3所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：所述的裂紋單次擴展的長度為有限元模型中一個網格的長度。

5.根據權利要求2或3所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：還包括以天數為計量單位作為剩余壽命，將N與單日的步態次數設定為剩余壽命。

6.根據權利要求1所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：步驟S1中通過MIMICS軟件采用以下公式計算骨折骨的彈性模量：

ρ＝-13.4+1017*gv；

E＝-388.8+5929*ρ；

式中：ρ-密度，gv-灰度值，E-骨痂彈性模量。

7.根據權利要求1所述的一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于：所述的載荷由患者的體重和步態狀態決定。

8.應用權利要求1，2，3，6或7任一項所述的方法評估內固定接骨板剩余壽命的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：構建與骨折患者骨折位置相匹配的有限元模型，并完成所述步驟S2中接骨板剩余壽命評價模型；

步驟二：獲取骨折患者術后階段骨愈合過程中的骨痂彈性模量、與患者體重相關的載荷數據，輸入剩余壽命評價模型計算接骨板的剩余壽命。

9.應用權利要求8所述方法預估骨板在骨愈合時期可出現裂紋的安全時間。

10.應用權利要求8所述方法指導不同體重的患者術后的鍛煉方式。