用于接骨板内固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于接骨板内的固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统，本螺钉优化布局分析方法包括：步骤S1，构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；步骤S2，确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；步骤S3，进行正交试验；步骤S4，运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；步骤S6，通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局；本发明专利技术将正交试验设计与有限元分析方法相结合，保证了试验分析的简便性与有效性，为股骨干骨折临床治疗提供指导。

Analysis method and system for optimization of screw layout for plate internal fixation system

The invention relates to a screw for layout optimization and system analysis method in plate internal fixation system, the optimization of screw layout analysis method including the following steps: step S1, construct a simplified model for test of femoral shaft fracture fixation system within; step S2, determine the threaded hole groups affect the stability of the system internal fixation system; step S3, orthogonal test; step S4, using the finite element analysis method for biomechanical analysis of each group test; step S5, analysis the influence factors of primary and secondary order, as well as the influence of different factors between the weight; step S6, calculate the weights of the indexes affecting the test results through the orthogonal test weight matrix analysis method, the optimization of screw layout; the invention will be combined with the finite element analysis method of orthogonal test design, ensure the simple and effective test analysis To provide guidance for the clinical treatment of femoral shaft fracture.

【技术实现步骤摘要】
用于接骨板内固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统
本专利技术属于接骨板
，具体涉及一种螺钉优化布局分析方法及系统。
技术介绍
骨干骨折是最常见骨折之一，在临床医学上，固定骨干骨折普遍采用锁定钢板，但锁定钢板治疗股骨干骨折，钢板或螺钉断裂率较高。因此，对骨干骨折内固定系统螺钉布局进行分析显得尤为重要，主要有以下几种结果参数分析方法:1.单因素轮换法，此试验方法得到的螺钉布局最优结果仅限于局部区域，无法获得全局最佳配置，试验误差无法估计；2.局部试验方法，此方法仅对部分试验方案进行分析，不具有全面性，未能获得各参数水平的最佳配置3.全面试验方法，此试验方法虽可以得到全局最佳螺钉布局配置，但经济性较差，有时因试验量过大而无法实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于接骨板内的固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种螺钉优化布局分析方法，，包括如下步骤：步骤S1，构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；步骤S2，确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；步骤S3，进行正交试验；步骤S4，运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；步骤S6，通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局。进一步，将股骨干结构简化为空心圆柱体；所述接骨板简化为板状；以及所述接骨螺钉简化为圆柱体。进一步，所述螺纹孔组别为在接骨板远端的两螺纹孔所布置的双皮质螺钉。进一步，所述步骤S3中进行正交试验的方法包括：选取四个因素并分别设置三次水平，建立多参数多水平正交试验表。进一步，所述步骤S4中运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析的方法包括：对每组经过正交试验的实验组进行有限元生物力学分析，即在股骨干上表面施加均布轴向载荷，对股骨干下表面进行全约束,以得到骨折断片。进一步，设置骨折断片上下端与股骨干，接骨螺钉与接骨板，接骨螺钉与股骨干均为粘结状态。进一步，所述步骤S5中分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重的方法包括：通过对各考察指标的直观分析，计算出各因素的极差，得到针对该考察对象的各因素水平的优选方案。进一步，所述步骤S6中通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重的方法包括：采用正交试验权矩阵分析方法，计算出影响试验结果的考察指标权重，进而得出接骨板内固定系统螺钉优化布局。又一方面，本专利技术还提供了一种螺钉优化布局分析系统。所述螺钉优化布局分析系统包括：建模单元，适于构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；稳定性确定单元，用于确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；正交试验构成单元，适于进行正交试验；生物力学分析分析单元，适于运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；因素影响主次分析单元，适于分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；优化计算单元，适于通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局。进一步，将股骨干结构简化为空心圆柱体；所述接骨板简化为板状；以及所述接骨螺钉简化为圆柱体；以及所述螺纹孔组别为在接骨板远端的两螺纹孔所布置的双皮质螺钉。第三方面，本专利技术还提供了一种固定系统。所述固定系统包括：螺纹孔组别，所述螺纹孔组别适于通过所述的螺钉优化布局分析方法进行优化。本专利技术的有益效果是，本专利技术的用于接骨板内的固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统将有限元分析方法与正交试验设计相结合，保证了骨干骨折内固定系统分析的可行性与简易性，提升了试验结果的准确性和可靠性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的螺钉优化布局分析方法的流程图；图2是本专利技术的内固定系统简化模型原理图；图3是本专利技术的螺钉优化布局分析系统的原理框图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。为了解决现阶段骨干骨折内固定系统螺钉布局研究的试验成本较高、试验量过大及未能取得最佳螺钉布局配置等一系列难题，本专利技术提供了一种用于接骨板内的固定系统中的螺钉优化布局分析方法及系统，将有限元分析方法与正交试验设计相结合，保证了骨干骨折内固定系统分析的可行性与简易性，提升了试验结果的准确性和可靠性。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种螺钉优化布局分析方法，其包括：步骤S1，构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；步骤S2，确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；步骤S3，进行正交试验设计；步骤S4，运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；步骤S6，通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局。请参阅图2，在本实施例中，所述步骤S1中的所述简化模型可以包括：将股骨干结构简化为空心圆柱体；所述接骨板简化为板状；以及所述接骨螺钉简化为圆柱体。并且还可以设置骨折断片上下端与股骨干，接骨螺钉与接骨板，接骨螺钉与股骨干均为粘结状态。具体的，可以分别对股骨干1、锁定钢板5及接骨螺钉6进行简化，完成三者的装配工作。通过对股骨干两次切分形成2mm的骨折断片4，以此来模拟在骨折处填充相对股骨较软的材料。在本实施例中，所述步骤S2中确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别的方法具体包括：由于接骨板远端两螺纹孔9布置双皮质螺钉能增加系统的抗拔出力，故可以确定该螺纹孔为双皮质螺钉。本实施例中可以选取四组螺纹孔布置螺钉组别，每个参数均可以定义三个水平，具体数据如表1所示。表1因素与水平表其中，因素A、B、C、D分别表示第一、二、三、四组螺纹孔所固定螺钉的类型，包括双皮质螺钉(水平一)、双皮质螺钉(水平二)及无螺钉(水平三)，无螺钉表示该螺纹孔不固定螺钉。其中，单、双皮质螺钉表示表示螺钉的长度不同，单皮质螺钉长度可设置为26mm，而双皮质螺钉长度可设置为48mm。上述因素A、因素B、因素C和因素D的具体位置参见图2具体位置。步骤S2，可以针对多个影响参数的多个水平，进行正交试验设计；本实施例中可以为四因素三水平试验，通过正交表进行正交试验设计，可以安排9个试验，每个因素中每个水平都可以进行三个试验，四因素三水平正交表如表2所示。表2四因素三水平正交表其中，实验结果F可以包括植入物最大等效应力N、股骨干最大等效应力K及内固定系统最大轴向位移L中的一种或几种。在本实施例中，所述步骤S4中运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析的具体方法包括：对每组经过正交试验设计的实验组进行有限元生物力学分析，在股骨干上表面2施加均布轴向载荷8，对股骨干下表面3进行全约束7，得到三种试验指标的数据,具体实验结果如表4所示。表4实验结果在本实施例中所述步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重的具体方法包括：参见表1可知，第3组试验由A1、B3、C3、D3组成，结果为F3，第4组试验由A2、B1、C2、D3组成，结果为F4，以此类推。以Ⅱ1及Ⅲ2为例说明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ值的计算法：Ⅱ1＝F4+F5+F6；Ⅲ2＝F3+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺钉优化布局分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；步骤S2，确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；步骤S3，进行正交试验；步骤S4，运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；步骤S6，通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局。

【技术特征摘要】
1.一种螺钉优化布局分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，构建用于股骨干骨折的内固定系统试验的简化模型；步骤S2，确定内固定系统中影响系统稳定性的螺纹孔组别；步骤S3，进行正交试验；步骤S4，运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析；步骤S5，分析得到因素的影响主次次序，以及不同因素之间的影响权重；步骤S6，通过正交试验权矩阵分析方法计算出影响试验结果的考察指标权重，以得出螺钉优化布局。2.根据权利要求1所述的螺钉优化布局，其特征在于，将股骨干结构简化为空心圆柱体；所述接骨板简化为板状；以及所述接骨螺钉简化为圆柱体。3.根据权利要求1所述的螺钉优化布局分析方法，其特征在于，所述螺纹孔组别为在接骨板远端的两螺纹孔所布置的双皮质螺钉。4.根据权利要求1所述的螺钉优化布局分析方法，其特征在于，所述步骤S3中进行正交试验的方法包括：选取四个因素并分别设置三次水平，建立多参数多水平正交试验表。5.根据权利要求4所述的螺钉优化布局分析方法，其特征在于，所述步骤S4中运用有限元分析方法对各组试验进行生物力学分析的方法包括：对每组经过正交试验的实验组进行有限元生物力学分析，即在股骨干上表面施加均布轴向载荷，对股骨干下表面进行全约束,以得到骨折断片。6.根据权利要求5所述的螺钉优化布局分析方法，其特征在于，设置骨折...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛伟，纪爱敏，刘源，方润心，何小笛，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32