一种骨科内固定物成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及骨科器械领域，特别涉及一种骨科内固定物成型方法。
【背景技术】
[0002] 骨科内固定技术已广泛应用于临床，杰出的骨科医生，往往不仅是技艺高超的"鲁 班"，还是优秀的发明家。基于杆-螺丝钉、板-螺丝钉等结构解决了骨科植入物的固定、受 力和耐久性等力学问题。依靠螺丝钉固定的骨科植入物，由于"螺丝钉与宿主骨破坏性的固 定方式"、"工业化的棒、板、带、丝等结构无法与个性化的宿主骨表面契合"以及"植入物弹 性模量与活体骨之间的差异"等原因，使得植入物固定后，宿主骨会出现"应力集中"和"应 力遮挡"等力学现象，由此引起"骨萎缩"、"骨不连"等并发症发生。
[0003] 因此，如何基于逆向、正向设计，通过3D打印，制造出个性化的无源内固定物，摆 脱骨科植入物固定时对螺丝钉的依赖，使宿主骨避免应力集中、减少应力遮挡是一项亟待 突破的关键技术。这不仅能在骨生物力学的理论研究上、骨科无源内固定物正向和逆向工 程设计的方法上取得新进展，还有望应用于临床。随着人口老龄化、GDP的持续增长和医疗 政策改善，中国的骨科器械市场以每年15-20%的速度持续增长。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可克服应力集中和应力遮挡的骨科 内固定物成型方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种骨科内固定物成型方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、由断层扫描获得活体骨连续的断层影像，在逆向工程软件中对连续断层影 像进行堆栈，在扫描坐标系中重建活体骨的三维模型；
[0008] 步骤2、计算活体骨的质心和惯量主轴，获取体微元的密度P，获取断层图像的水 平分辨率Ax、垂直分辨率Ay和层距AZ，AV=AxAyAz，获取活体骨上点i在扫描坐 标系的位置坐标（xM,yM,zM)，将上述参数代入算式：
[0009]
[0010] 计算得出a，0，y，其中（Xai,yai,zai)为活体骨上点i在绕x轴转动a后的位 置坐标，（xPi,yPi,zPi)为活体骨上点i在绕x轴转动a再绕y轴转动0后的位置坐标；
[0011] 步骤3、将扫描坐标系绕x轴转动a，绕y轴转动0，绕z轴转动y，将扫描坐标 系的原点移动至活体骨的质心，实现活体骨的姿态定位；
[0012] 步骤4、获得步骤3中活体骨表面上的点i的坐标（Xl，yi，Zl)，代入算式：
[0013]
[0014]获得点i在放大活体骨上的坐标（xj，y;'，zj)，其中Dx(Xi,s,c),Dy(yi,s,c),Dz(z 表示割圆曲线，s表示放大倍数，c表示点i所处的位置曲线的凸凹性，进而计算得 出放大活体骨的三维模型，将放大活体骨与活体骨之间做"或"布尔运算，得到活体骨的铠 甲；
[0015] 步骤5、将步骤4中的活体骨的铠甲剪裁设计成包括榫部、卯部和燕尾槽栓的榫卯 结构。
[0016] 本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出骨科无源内固定物个性化成型方 法，相较于现有技术，本发明的骨科内固物采用榫卯结构实现相互固定，摆脱了对螺丝钉的 依赖，避免对宿主骨的破坏，同时避免了固定过程中集中应力的发生；固定物与宿主骨之间 的几何关系来自逆向工程，使得固定物与宿主骨之间实现了高度契合，由此减少了固定物 与宿主骨之间应力遮挡；这两项技术从源头上解决了骨萎缩、骨不连等并发症的发生。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例骨科内固定物成型方法的流程图；
[0018] 图2是本发明实施例第一妬骨三维重建不意图；
[0019]图3是本发明实施例第一跖骨姿态定位之前的状态图；
[0020] 图4是本发明实施例第一跖骨姿态定位之后的状态图；
[0021] 图5是本发明实施例第一跖骨姿态定位前后的对比图；
[0022] 图6是本发明实施例第一妬骨销甲立体图；
[0023] 图7是本发明实施例第一妬骨销甲主视图；
[0024] 图8是本发明实施例第一妬骨销甲俯视图；
[0025] 图9是本发明实施例第一妬骨销甲和第一妬骨的结合图；
[0026] 图10是本发明实施例第一妬骨销甲的榫卯结构不意图。
【具体实施方式】
[0027] 为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式 并配合附图详予说明。
[0028] 本发明最关键的构思在于：通过逆向工程确定固定物与宿主骨之间的几何关系， 使得固定物与宿主骨之间实现了高度契合，减小应力遮挡，将固定物设计成包括榫部、卯部 和燕尾槽栓的榫卯结构，避免对宿主骨的破坏，减少应力集中。
[0029] 请参阅图1所示，本实施例的骨科内固定物成型方法，包括以下步骤：
[0030] 步骤1、由断层扫描获得活体骨连续的断层影像，在逆向工程软件中对连续断层影 像进行堆栈，在扫描坐标系中重建活体骨的三维模型；
[0031]步骤2、计算活体骨的质心和惯量主轴，获取体微元的密度P，获取断层图像的水 平分辨率Ax、垂直分辨率Ay和层距AZ，AV=AxAyAz，获取活体骨上点i在扫描坐 标系的位置坐标（xM,yM,zM)，将上述参数代入算式：
[0032]
[0033] 计算得出a，0，y，其中（xai,yai,zai)为活体骨上点i在绕x轴转动a后的位 置坐标，（xPi,yPi,zPi)为活体骨上点i在绕x轴转动a再绕y轴转动0后的位置坐标；
[0034] 步骤3、将扫描坐标系绕x轴转动a，绕y轴转动0，绕z轴转动y，将扫描坐标 系的原点移动至活体骨的质心，实现活体骨的姿态定位；
[0035]步骤4、获得步骤3中活体骨表面上的点i的坐标（Xl，yi，Zl)，代入算式：
[0036]
[0037]获得点i在放大活体骨上的坐标（x/，y;'，z/ )，其中Dx(Xi,s,c),Dy(yi,s,c),Dz( Zl，s，c)表示割圆曲线，s表示放大倍数，c表示点i所处的位置曲线的凸凹性，进而计算得 出放大活体骨的三维模型，将放大活体骨与活体骨之间做"或"布尔运算，得到活体骨的铠 甲；
[0038] 步骤5、将步骤4中的活体骨的铠甲剪裁设计成包括榫部、卯部和燕尾槽栓的榫卯 结构。
[0039] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明创造性地提出骨科无源内固定 物个性化成型方法，相较于现有技术，本发明的骨科内固物采用榫卯结构实现相互固定，摆 脱了对螺丝钉的依赖，避免对宿主骨的破坏，同时避免了固定过程中集中应力的发生；固定 物与宿主骨之间的几何关系来自逆向工程，使得固定物与宿主骨之间实现了高度契合，由 此减少了固定物与宿主骨之间应力遮挡；这两项技术从源头上解决了骨萎缩、骨不连等并 发症的发生。
[0040] 进一步的，在步骤4和步骤5之间还包括：通