一种基于形状记忆聚合物4D打印的膝关节矫形支具的制作方法

本发明涉及医疗器械制造领域，特别是涉及一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具。

背景技术：

1、未成年人膝关节常见的畸形类型一般有膝内翻和膝外翻，即人们常见的x型腿和o型腿。膝内翻是指膝关节的股骨内旋和胫骨外旋；膝外翻是指膝关节的股骨外旋和胫骨内旋。造成的病因主要有以下几点：佝偻病：这是导致膝内翻和膝外翻的主要原因之一，特别是在婴幼儿和儿童时期。佝偻病是由于维生素d缺乏或代谢障碍，导致骨骼发育异常，从而引起膝关节的畸形；骨质软化病：这种疾病多见于成人，与居住条件、环境卫生差、缺少阳光、饮食中缺乏钙和维生素d有关。骨质软化病会导致骨骼变软、变形，从而引起膝关节的畸形；创伤和骨折：膝关节周围的骨折或创伤可能导致骨骼的畸形愈合，从而引起膝内翻或膝外翻；内分泌疾病：某些内分泌疾病，如甲状旁腺功能亢进症和先天性维生素d吸收障碍等，也可能导致骨骼的畸形，从而引起膝内翻或膝外翻。

2、目前针对以上问题的矫正方法可以分为非手术方法和手术方法。非手术方法主要是通过夹板、绑腿、锻炼、矫正鞋垫等方式，对膝关节的外侧副韧带或内侧副韧带进行调整，以使膝关节内外侧的稳定结构恢复正常。对于需要快速恢复到正常关节状态及外观的患者，尤其是膝内翻和膝外翻畸形严重的患者，手术是一个有效的治疗方式。具体手术方法包括截骨术、半骨骺阻滞术、u形钉和全膝关节置换术。

3、膝关节矫形支具是一种用于治疗膝关节畸形的辅助器具，具有矫正、支撑和保护膝关节的功能。现有的治疗方案弊端分为两类。非手术类：夹板和绑腿可能会对关节造成限制，影响关节的正常活动，长期使用可能加重关节僵硬和肌肉萎缩；长期使用矫正鞋垫可能导致足底压力异常，影响走路姿势，甚至可能加重膝内翻或膝外翻；锻炼需要持之以恒，对于一些人来说可能难以坚持，而且不正确的锻炼方式可能会加重关节畸形。手术类：手术属于创伤性治疗方案，矫形手术是一种复杂的手术，有一定的手术风险。手术后需要进行康复治疗和长期的随访观察及康复训练。对于一些严重的骨骼或关节畸形，需要进行多次手术才能达到理想的治疗效果。因此矫形手术通常需要花费较高的费用，对于一些家庭来说是一种经济负担。

技术实现思路

1、本发明针对上述背景技术中存在的问题，提出一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具，其特点在于形状记忆聚合物是一种具有形状记忆和可变形功能的材料。通过将形状记忆聚合物与4d打印技术相结合，可以制作出具有智能形状记忆功能的膝关节矫形支具，在支具达到形变的外力驱动下，能够使未矫正前初始状态下的支具发生多次形变，以达到持续对膝关节畸形的矫正。4d打印技术可以根据不同患者的膝关节畸形状态进行个性化定制，使支具更能贴合患者体表，佩戴更加舒适，矫正效果更佳。

2、一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具，包括大腿支具、小腿支具、旋转件、以及连接大腿支具、小腿支具和旋转件的连接件；

3、所述大腿支具和小腿支具均由u型背板组成，所述大腿支具u型背板、小腿支具u型背板和旋转件之间通过连接件进行连接，连接件位于两u型背板和旋转件的两侧；

4、所述膝关节矫形支具中的大腿支具、小腿支具、以及连接大腿支具、小腿支具和旋转件的连接件，在特殊条件下进行施压使其角度发生偏移，对膝关节侧面施力以进行矫正；

5、所述大腿支具、小腿支具、旋转件、以及连接大腿支具、小腿支具和旋转件的连接件均通过4d打印制作。

6、进一步的，所述的大腿支具根据患者的大腿形状和尺寸定制，通过4d打印技术制成，具有良好的贴合度和支撑力。

7、进一步的，所述的小腿支具根据患者的小腿形状和尺寸定制，通过4d打印技术制成，具有良好的贴合度和支撑力。

8、进一步的，所述的旋转件根据患者的体表数据选择合适的尺寸定制，通过4d打印技术制成，具有膝关节旋转弯曲功能。

9、进一步的，所述的连接件用于将大腿支具、小腿支具和旋转件进行连接在一起，使得整个矫形支具具有较好的稳定性和承重能力。

10、进一步的，所述旋转件包括滚轴结构和连接大腿支具、小腿支具的连接板，连接板与大腿支具和小腿支具的u型背板进行连接，滚轴结构中设有两个卡槽，连接板设有两个凸台在左右端并具有一定角度，经过榫卯结构嵌入连接，通过中心轴进行连接固定并实现两者之间的相对旋转运动。

11、进一步的，所述大腿支具、小腿支具和旋转件可以施压使其角度发生偏移，所述偏移可以是对大腿支具和小腿支具之间的相对位置进行微调，以帮助矫正膝关节的姿势和角度。所述偏移是对膝关节侧面施力，以帮助矫正膝关节的形状和位置。所述膝关节矫形支具可以提供对膝关节的有效支撑和矫正，有助于患者畸形的矫正与治疗。

12、本发明所述的一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具相对于现有技术的有意效果包括；

13、本发明所述的一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具由形状记忆聚合物制成，具有较低的密度，这意味着它们相对较轻，这在生物医疗等领域非常重要。可以发生较大的形变，并能在特定条件下恢复其原始形状。这一特性使它们在各种应用中非常有用。与其它高技术材料相比，形状记忆聚合物的制造成本较低，这使得它们在许多应用中更具吸引力。

14、形状记忆聚合物可以在反复的变形和恢复过程中保持其性能，这使得它们成为循环经济的理想选择。可以通过改变温度、光照、电场或磁场等外部刺激来控制其形状变化。这种刺激响应性使得它们在传感器、驱动器和智能设备等领域具有广泛的应用前景。形状记忆聚合物是可生物降解的，这对于环保和可持续发展非常重要。形状记忆聚合物通常具有较好的强度和耐久性，能够在各种环境下保持良好的性能。形状记忆聚合物可以通过不同的加工方法进行定制化设计和制造，以满足特定应用的需求。形状记忆聚合物对大多数化学物质具有较好的稳定性，不易发生腐蚀或化学反应。

15、本发明所述的一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具，可满足患者的个性化要求，根据不同患者的体表数据设计不同的个性化模型，为实现个性化定制提供了可能。

16、本发明所述的一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具，利用4d打印技术可以制备各种复杂的立体结构模型，能满足患者不同需求；4d打印技术能快速打印成型，操作简单，成本低，实用性强，易于被人们接受。

技术特征：

1.一种基于形状记忆聚合物4d打印的膝关节矫形支具，其特征在于，包括大腿支具、小腿支具、旋转件及连接件，所述旋转件包括膝关节旋转结构；大腿支具、小腿支具、旋转件及连接件均通过4d打印技术制作。

2.根据权利要求1所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述大腿支具包括与人体大腿上部相适配的上部支撑部分，以及与人体大腿下部相适配的下部支撑部分。

3.根据权利要求1或2所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述小腿支具包括与人体小腿相适配的小腿支撑部分。

4.根据任一权利要求所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述旋转件及连接件包括通过4d打印技术制作的形状记忆聚合物构件。

5.根据任一权利要求所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述矫形支具还包括通过4d打印技术制作的形状记忆聚合物材料的强化构件，该强化构件设置在旋转件上，用于增加矫形支具的强度和稳定性。

6.根据任一权利要求所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述矫形支具还包括通过4d打印技术制作的形状记忆聚合物构件的可调节结构，该可调节结构设置在旋转件上，用于根据患者的具体状况调整矫形支具的适配度。

7.根据任一权利要求所述的膝关节矫形支具，其特征在于，所述矫形支具还包括通过4d打印技术制作的形状记忆聚合物构件的缓冲结构，该缓冲结构设置在旋转件及连接件上，用于减少膝关节活动时的冲击和摩擦。

技术总结
本发明是关于一种基于形状记忆聚合物4D打印的膝关节矫形支具。涉及医疗器械制造领域，该支具材料均包括形状记忆材料，并由大腿支具、小腿支具、旋转件和连接件组成。旋转件含膝关节旋转结构，所有部件均通过4D打印技术制作。初始状态为患者未矫正前的状态，随矫形推进，通过扫描获取数据，计算形变角度。支具在满足形变条件下，通过外力驱动达到形变目的，更贴合患者体表，持续矫正膝关节畸形。此支具具有多次形变功能，全过程中无需频繁更换，操作简单，成本低，易于被人们接受。

技术研发人员：王黎明,王宁
受保护的技术使用者：南京达蒙医疗器械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10