[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

本發明公開了一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法及應用，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。基于以上方法能夠對患者的術后恢復進行指導，避免了直接二次手術替換接骨板對患者帶來更多的病痛和負擔。

技術領域

本發明屬于基于圖像處理的醫學輔助評估領域，具體涉及一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法及應用。

背景技術

由金屬接骨板和螺釘等植入物組成的內固定系統被證明是目前臨床應用較為廣泛的骨折治療手段之一。內固定方法避免了外固定等不利因素，為斷開的長骨提供了有效的解剖復位和堅強固定，使患者能夠提前負重與鍛煉，促進骨折的早期愈合。其中接骨板作為內固定系統中的主要承載結構，在體內承擔著由患者步態變化和體重帶來的疲勞循環載荷。下肢骨承受的壓力在患者不同步態運動下相差較大，而骨與接骨板的應力分配又受骨愈合時期骨痂強度的調控；接骨板在體內時長時間的服役下，位于接骨板應力集中的區域就會萌生微裂紋，在循環應力的作用下，微裂紋逐漸地擴展，直至接骨板完全斷裂。接骨板的失效對患者正常骨愈合過程會造成災難性的影響,也限制了植入物的廣泛使用。在實際應用中，由內固定失效導致的骨折延遲愈合和二次骨折等事故經常發生，據臨床數據顯示，植入物的失效形式主要為接骨板的斷裂、變形，當接骨板裂紋出現時，其是否更換取決于裂紋剩余壽命的多少。目前植入物的研究集中在降低接骨板應力強度方面，缺乏對接骨板裂紋擴展規律和抗斷裂能力的研究，無法預測含裂紋接骨板不同情況下的剩余壽命，而接骨板更換二次手術會給患者帶來更多的痛苦和經濟負擔。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法及應用。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種預測內固定接骨板剩余壽命的方法，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。

作為本發明的進一步改進，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。

作為本發明的進一步改進，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。