CN102018560A - 数字化接骨板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

数字化接骨板及其制备方法，接骨板包括本体，本体包括支撑段，以及自支撑段各端部延设的连接段，螺钉孔均开设于连接段，连接段的厚度小于支撑段，本体顶面自支撑段向连接段平滑过渡；其制备方法包括：a、数据采集，采集骨骼的数字影像学资料；b、建模，建立接骨板三维模型，得到接骨板三维模型的轮廓数据；c、指令转换，设计数控加工设备的加工指令；d、接骨板成型，数控加工设备根据加工指令，利用快速成型技术制备接骨板；由于贴合于骨折断端的支撑段无螺钉孔，其结构未受破坏，受力良好，不易弯折断裂；且由于支撑段厚度减小，接骨板占体内容积减少，减少了对周围肌肉、软组织刺激；该接骨板制备方法保证了上述接骨板的顺利制备。

Description

数字化接骨板及其制备方法

技术领域

 本发明涉及骨科医疗器械技术领域，特别涉及一种数字化接骨板及其制备方法。

背景技术

接骨板是目前国内外治疗骨折最常用的内固定器材。迄今为止，使用接骨板治疗骨折已有百余年的历史，其治疗原理为在骨折断端处切口，放置接骨板，使接骨板横跨骨折位置，使用螺钉将接骨板固定于骨折远近两端而使骨折断端处的骨骼获得有效固定。因此，接骨板的结构，均包括一与骨骼表面形状相似的条形或拱形接骨板本体，该本体上开设有用于穿设螺钉的螺钉孔。

但是，现有的接骨板，大多在其本体上间隔开设有多个螺钉孔，而治疗过程中，一般只需在骨折断端处两端钉入螺钉，因此有部分螺钉孔空置，这些空置的螺钉孔对接骨板本体的结构造成破坏，降低了本体的结构强度，同时形成了应力集中区域，在术后活动综合受力时易在这些空置螺钉孔位置形成接骨板弯折，甚至断裂；尤其是若接骨板本体在骨折断端处或接近骨折断端处设置有螺钉孔，由于骨折断端处是应力最易集中之处，则接骨板弯折或断裂发生几率大大增加，使骨折病人伤口不易愈合，甚至再次骨折。

为避免在螺钉孔位置发生接骨板弯折或断裂，现有的做法一般是通过增强螺钉孔周缘接骨板本体厚度等方法提高接骨板的结构强度。如申请号为200610069520.3的中国专利申请文献即公开了一种防断裂接骨板，其结构主要包括横截面呈拱形或平板状的接骨板本体，所述接骨板本体上设置有供接骨螺钉穿过的螺钉孔，所述接骨板本体靠近骨头的侧表面、靠近螺钉孔的接骨板本体边缘设有沿接骨板本体边缘走向的长条状凸起，所述长条状凸起分别对应于各自的螺钉孔。上述结构的接骨板固然增强了本体在螺钉孔位置的结构强度，但是增加了接骨板在长条状凸起处的厚度，导致接骨板占体内容积的增加，容易导致周围组织及皮肤张力增加，不利于伤口闭合；钢板与骨折部位不贴合还可导致钢板刺激周围组织及肌肉引起疼痛，不利于患骨活动，影响骨骼功能的恢复。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种提高强度，减少断裂发生几率，并减少对周围肌肉、软组织刺激的接骨板；同时提供一种该接骨板的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种数字化接骨板，它包括本体，所述本体开设有螺钉孔，所述本体包括设置于对应骨折断端的支撑段，以及自所述支撑段各端部分别向骨折断端远近两侧延设的连接段，所述螺钉孔均开设于所述连接段，所述连接段的厚度小于所述支撑段，所述本体底面为与骨骼表面相匹配的弧面，所述本体顶面自所述支撑段向所述连接段平滑过渡。

本发明包括如下进一步技术方案。

所述所述本体在开设有螺钉孔的区域的宽度大于未开设螺钉孔的区域的宽度。

其中，所述所述螺钉孔开设于所述连接段内靠近所述本体端部的位置。

其中，所述螺钉孔为锥螺纹孔。

作为实现本发明另一发明目的技术方案，一种数字化接骨板的制备方法，包括以下步骤： a、数据采集，采集骨骼的数字影像学资料，并输入计算机；b、建模，利用采集的骨骼数字影像学资料建立骨骼三维模型，利用成形控制软件设计与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型，得到接骨板三维模型的轮廓数据；c、指令转换，根据接骨板三维模型的轮廓数据设计数控加工设备的加工指令，并将所述加工指令输出至数控加工设备；d、接骨板成型，数控加工设备根据所述加工指令，利用快速成型技术制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

其中，所述步骤b中，“生成与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型”，具体为，利用有限元技术分析骨骼不同部位的应力特点，取得各部位的力学参数，根据所述力学参数设计所述接骨板的支撑段和连接段形态，设计螺钉孔的数量和位置。

进一步地，在所述步骤d之后还包括有以下步骤：e、精加工，去除所述接骨板的毛刺，进行接骨板的表面处理。

其中，所述步骤e中，所述的表面处理包括表面抛光处理、亚光处理、粗洗和/或精洗。

更进一步地，所述步骤e之后还包括以下步骤：f、封装，将完成表面处理的接骨板进行灭菌消毒处理，并封装。

其中，所述步骤d包括：d1、胚料制备，成型所述接骨板本体粗胚，并在所述粗胚上预制螺钉孔，形成预制件；d2、塑型，利用数控加工设备对所述预制件进行快速成型处理，去除余量，制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

本发明有益效果为：本发明的接骨板包括本体，所述本体开设有螺钉孔，所述本体包括设置于对应骨折断端的支撑段，以及自所述支撑段各端部分别向骨折断端远近两侧延设的连接段，所述螺钉孔均开设于所述连接段，所述连接段的厚度小于所述支撑段，所述本体底面为与骨骼表面相匹配的弧面，所述本体顶面自所述支撑段向所述连接段平滑过渡；由于贴合于骨折断端的所述支撑段无螺钉孔，其结构未受破坏，强度得到保证，在内固定术后活动综合受力时受力良好，不易弯折断裂，减少了再发骨折、骨折不愈合等并发症的发生，有利于患者肢体功能的恢复；且由于连接段的厚度小于所述支撑段，接骨板占体内容积减少，从而减少了对周围肌肉、软组织刺激；本发明所提供的接骨板制备方法，将骨骼的数字影像学资料与快速成型技术结合，以便顺利制备上述接骨板。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

附图1是本发明的数字化接骨板的结构示意图。

附图2是本发明的数字化接骨板的剖面结构示意图。

图1和图2中包括：

1——本体

11——支撑段

12——连接段

2——螺钉孔。

具体实施方式

一种数字化接骨板，它包括本体1，所述本体1开设有螺钉孔2，所述本体1包括设置于对应骨折断端的支撑段11，以及自所述支撑段11各端部分别向骨折断端远近两侧延设的连接段12，所述螺钉孔2均开设于所述连接段12，所述连接段12的厚度小于所述支撑段11，所述本体1底面为与骨骼表面相匹配的弧面，所述本体1顶面自所述支撑段11向所述连接段12平滑过渡。

本发明所述的接骨板在使用过程中，所述本体1贴于骨折骨骼表面，所述支撑段11贴于骨折断端处，所述连接段12分别贴于骨折断端远近端的骨骼表面，并通过螺钉将所述连接段12分别固定于骨折断端远近端的骨骼，从而使骨折骨骼固定，最大程度恢复骨折断端的平整性，牢固固定，提供骨骼早期活动锻炼所需的稳定性，避免关节制动导致的骨折并发症的发生，最大程度恢复关节的功能。

由于贴合于骨折断端的所述支撑段11无螺钉孔2，其结构未受破坏，强度得到保证，在内固定术后活动综合受力时受力良好，不易弯折断裂，减少了再发骨折、骨折不愈合等并发症的发生，有利于患者肢体功能的恢复；且由于连接段12的厚度小于所述支撑段11，接骨板占体内容积减少，从而减少了对周围肌肉、软组织刺激。

本发明的接骨板采用包括以下步骤的方法制备：a、数据采集，采集骨骼的数字影像学资料，并输入计算机；b、建模，利用采集的骨骼数字影像学资料建立骨骼三维模型，利用成形控制软件设计与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型，得到接骨板三维模型的轮廓数据；c、指令转换，根据接骨板三维模型的轮廓数据设计数控加工设备的加工指令，并将所述加工指令输出至数控加工设备；d、接骨板成型，数控加工设备根据所述加工指令，利用快速成型技术制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

其中，所述骨骼数字影像学资料包括薄层螺旋CT扫描数据等数字化影像***等采集的数据，目前，数字化X线影像***及数字化脑电采集***已达成熟，在脑外科、脊柱外科、口腔外科、肝胆外科、乳腺外科、胸外科等逐步应用于临床，因此，这里不赘述骨骼数字影像学资料的采集原理和具体过程。

其中，所述的数控加工设备可以是数控车床、数控冲床，或者是激光熔覆快速成型设备等其它类型的数控加工设备，这些数控加工设备在根据三维零件模型进行数控加工的复杂结构零部件快速成型制造领域内技术成熟，其加工精度和加工速度足以满足本发明的接骨板快速成型制造。这里亦不再赘述所述数控加工设备的结构和工作原理。

本发明所述本体1在开设有螺钉孔2的区域的宽度大于未开设螺钉孔2的区域的宽度。增大所述连接段12开设有螺钉孔2的区域的宽度，一方面增强了该区域的结构强度，另一方面增加了连接段12与骨骼的贴合面积，提高了连接稳固性。 

其中，所述螺钉孔2开设于所述连接段12内靠近所述本体1端部的位置。

其中，所述螺钉孔2为锥螺纹孔。以此来加强螺钉与本体1之间的连接稳定性，使螺钉不会发生松动的现象，从而加快断骨的恢复

在本发明的接骨板的制备方法中，所述步骤b的“生成与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型”，具体为，利用有限元技术分析骨骼不同部位的应力特点，取得各部位的力学参数，根据所述力学参数设计所述接骨板的支撑段11和连接段12形态，设计螺钉孔2的数量和位置。其中，所述的有限元技术，是指利用数学近似的方法对真实物理***（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实***。有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理***。在这种方法中一个物体或***被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高。元的数目到达一定高度后解的精确度不再提高，只有计算时间不断提高。 有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地说代数方法无法足够精确地分析的***，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来解决在分析时出现的巨量的数和方程组。 在分析一个物体或***中的压力和变形时有限元分析是一种常用的手段。本接骨板制备方法中，利用有限元技术分析骨骼不同部位的应力特点，使设计的接骨板受力状态与该部位的骨骼应力状态相匹配，从而使接骨板最大限度地减小体内所占容积而保证结构强度。

其中，在所述步骤d之后还包括有以下步骤：e、精加工，去除所述接骨板的毛刺，进行接骨板的表面处理。

具体地，所述步骤e中，所述的表面处理包括表面抛光处理、亚光处理、粗洗和/或精洗。

经精加工处理后的接骨板进一步减少了对周围肌肉和组织的刺激，同时合适的表面粗糙度和表面致密度使接骨板与骨骼贴合良好，有利于骨骼生长。

较优选地，所述步骤e之后还包括以下步骤：f、封装，将完成表面处理的接骨板进行灭菌消毒处理，并封装。

作为本接骨板制备方法的一种具体应用，所述步骤d可以包括如下分步骤：d1、胚料制备，成型所述接骨板本体1粗胚，并在所述粗胚上预制螺钉孔2，形成预制件；d2、塑型，利用数控加工设备对所述预制件进行快速成型处理，去除余量，制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

胚料的预制工序减少了数控加工设备的加工量，提高了加工效率，缩短了加工时间，进一步提高了本制备方法的适用性。

当然，如采用激光熔覆快速成型等快速成型方法，亦可无上述胚料预制工序，这主要依采用的数控加工设备和快速成型方法而定，并不影响本发明的接骨板制备效果。

本接骨板的制备方法将骨骼的数字影像学资料、骨骼三维模型生成、接骨板三维模型设计与复杂结构零部件快速成型技术相结合，以顺利制备本发明所述的接骨板，使所制备的接骨板适应不同骨骼、骨骼的不同部位的需要。实验数据表明，采用本发明制备一块所述的接骨板，骨骼三维模型的建立及接骨板三维模型的设计需用时5至8小时，接骨板胚料成型需2至4小时，塑型需2至4小时，精加工3至6小时，消毒封装不超过3小时，整体用时不超过30小时，完全适用于接骨板的快速制造。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1. 一种数字化接骨板，它包括本体，所述本体开设有螺钉孔，其特征在于：所述本体包括设置于对应骨折断端的支撑段，以及自所述支撑段各端部分别向骨折断端远近两侧延设的连接段，所述螺钉孔均开设于所述连接段，所述连接段的厚度小于所述支撑段，所述本体底面为与骨骼表面相匹配的弧面，所述本体顶面自所述支撑段向所述连接段平滑过渡。

2.根据权利要求1所述的数字化接骨板，其特征在于：所述所述本体在开设有螺钉孔的区域的宽度大于未开设螺钉孔的区域的宽度。

3.根据权利要求2所述的数字化接骨板，其特征在于：所述所述螺钉孔开设于所述连接段内靠近所述本体端部的位置。

4.根据权利要求3所述的数字化接骨板，其特征在于：所述螺钉孔为锥螺纹孔。

5.一种用于加工根据权利要求1～4任意一项所述接骨板的制备方法，其特征在于它包括以下步骤： 

a、数据采集，采集骨骼的数字影像学资料，并输入计算机；

b、建模，利用采集的骨骼数字影像学资料建立骨骼三维模型，利用成形控制软件设计与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型，得到接骨板三维模型的轮廓数据； 

c、指令转换，根据接骨板三维模型的轮廓数据设计数控加工设备的加工指令，并将所述加工指令输出至数控加工设备； 

d、接骨板成型，数控加工设备根据所述加工指令，利用快速成型技术制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

6.根据权利要求5所述的接骨板制备方法，其特征在于：所述步骤b中，“生成与所述骨骼三维模型匹配的接骨板三维模型”，具体为，利用有限元技术分析骨骼不同部位的应力特点，取得各部位的力学参数，根据所述力学参数设计所述接骨板的支撑段和连接段形态，设计螺钉孔的数量和位置。

7.根据权利要求6所述的接骨板制备方法，其特征在于，在所述步骤d之后还包括有以下步骤：

e、精加工，去除所述接骨板的毛刺，进行接骨板的表面处理。

8.根据权利要求7所述的接骨板制备方法，其特征在于，所述步骤e中，所述的表面处理包括表面抛光处理、亚光处理、粗洗和/或精洗。

9.根据权利要求8所述的接骨板制备方法，其特征在于，所述步骤e之后还包括以下步骤：f、封装，将完成表面处理的接骨板进行灭菌消毒处理，并封装。

10.根据权利要求9所述的接骨板制备方法，其特征在于，所述步骤d包括：

d1、胚料制备，成型所述接骨板本体粗胚，并在所述粗胚上预制螺钉孔，形成预制件；

d2、塑型，利用数控加工设备对所述预制件进行快速成型处理，去除余量，制备与所述接骨板三维模型相匹配的接骨板。

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