自适应三维矫形器及其制造和使用方法技术

使用表示三维软组织身体表面的数据集制造适形身体界面。所述适形身体界面包括身体支架，该身体支架被分为由轴向接头分隔的两个或更多个纵向节段。任选地，该身体支架进一步分为由周向接头分隔的两个或更多个周向分离节段。所述轴向接头由弹性带、片或类似的结构周向约束，并且所述周向接头由弹性轴向系链或类似的结构纵向约束。以这种方式，所述身体界面可以适应身体表面的肿胀和弯曲。

Adaptive three-dimensional orthosis and its manufacturing and using methods

A conformal body interface is made using a data set representing the body surface of a three-dimensional soft tissue. The conformal body interface includes a body support, which is divided into two or more longitudinal segments separated by an axial joint. Optionally, the body bracket is further divided into two or more circumferential separation segments separated by the circumferential joint. The axial joint is composed of an elastic belt, or similar structure to constraint, and the circumferential joints by axial elastic tether or similar structure of vertical restraints. In this way, the body interface can adapt to the swelling and bending of the body surface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自适应三维矫形器及其制造和使用方法相关申请的交叉引用本PCT申请要求2015年4月23日提交的美国临时申请号62/151,920和2015年4月24日提交的美国临时申请号62/152,593的权益，并要求2015年11月2日提交的PCT/IB2015/002432的优先权，上述申请的完整公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
1.专利
虽然用于身体康复的矫形干预已为人熟知达几世纪之久，但是夹板、铸件和其他矫形器在实施中仍存在挑战。从使用棍制成的夹板和使用石膏制成的铸件进行临时固定开始，这一领域已经发展到由先进复合材料制造动态矫形器。最近，本领域已经发展到使用三维扫描和打印技术来生产针对患者解剖结构而个体化的三维矫形器。任何铸件或夹板的主要功能都在于提供外部结构和创造物理条件，以最小的并发症促进康复。传统的铸件和夹板往往无法实现这些功能中的至少一种。在铸造夹板期间，必须将肿胀(间室压力产生)纳入考虑。在标准程序中，制备常规硬壳铸件的医疗专业人员为受伤解剖结构的肿胀流出大量空间。如果制作得过紧，则铸件会限制循环，引起疼痛不适，并可导致筋膜间室综合征。如果制作得过松，则会无法为康复过程提供稳定的环境。通常，最初向患者提供足够大以适应预期肿胀的铸件，而随后使用相对更紧的铸件以更紧密地符合解剖结构。需要更换铸件或夹板当然是不方便的。萎缩是与长期使用铸件相关联的另一常见问题。萎缩是由于夹板固定造成的身体活动缺乏所导致的肌肉组织衰弱或损失。经常观察到肌肉大小、力量和活动性降低。肌肉大小的损失通常会妨碍夹板提供促进康复过程所需的支撑和稳定性，并可导致骨折愈合延迟、不愈合和畸形愈合。关节僵硬可能是与长期使用夹板或铸件相关联的另一问题。关节僵硬是由长期关节固定造成的关节活动范围损失或减小。可以通过利用在矫形干预期间允许一定的关节活动的动态或可调式被动矫形产品来减少或防止关节僵硬。可以断骨施加外部压力以促进康复。通过在硬化期间施加外部压力，铸件或其他矫形器通常能够在随后的康复期间对骨骼施加更大的压力。这样的外部压力可以减少诸如骨折愈合延迟、畸形愈合和不愈合等并发症的发生。由于这些原因，期望提供用于制造夹板、铸件和其他矫形器的改进的设计和方法。该设计应允许矫形器在矫形器安装在患者身上后可适应肿胀，应允许对解剖结构施加受控的压力以在痊愈过程中促进骨骼生长，应允许对特定患者的矫形器进行个体化，且应以有效和成本有效的方式实现这些目标。这些目标中的至少一些将会通过下文所述的专利技术来实现。2.
技术介绍
描述。包围身体四肢或其他解剖结构并且轴向分离以允许扩张和/或移除的铸件、靴子和其他壳体在以下文献中有所描述：美国专利公开号2015/0272764；2015/0088046；2014/0012171；2013/0150762；和2005/0171461；以及美国专利号8,002,724；5,776,088；5,571,206；7,981,068；7,335,177；6,840,916；和3,955,565中。其他相关背景专利和出版物包括美国专利号5,107,854；5,823,975；5,836,902；6,179,800；6,725,118；7,632,216；8,613,716；以及美国公开号2003/0032906；2007/0132722；2009/146142；2011/0004074；2011/0301520；2011/0302694；以及欧洲专利号2671544。
技术实现思路
本专利技术利用计算机辅助设计、软件分析、数字制造、感测、数字数据收集和分析技术来创建用于制造具有可适应和/或可调节的结构元件的全接触骨骼外矫形器的数字过程。这样的矫形器能够提供与患者身体表面或其他患者解剖结构的受控且医学上有益的界面，以便减少并发症、促进更好的康复以及增强对所治疗的解剖结构的保护。本专利技术提供了矫形器诸如夹板和铸件，其具有身体支架，该身体支架轴向和/或径向分离成多个节段或单元，该多个节段或单元由允许响应于肿胀而扩张的接头所分隔。该节段或单元装配有弹性机械约束件，该弹性机械约束件将节段和单元保持在一起，并且当所覆盖的身体表面经受肿胀时进一步施加外部压力。本专利技术提供了肿胀管理系统(swellingmanagementsystem，SMS)、僵硬预防系统(stiffnesspreventionsystem，SPS)、用于通过矫形器和模块化组件施加外部压力的方法。除了通过矫形器的结构和模块化组件提供直接的医疗干预之外，本专利技术还可提供用于将传感器与身体表面相接的位置。传感器转而可以提供用于实时患者监测和后续数据挖掘的数据。SMS引入一个或多个半动态自对准结构和组件(机构)，以使得能够响应于创伤后肿胀和随后的萎缩(肌肉大小的减小)而减小或增大身体支架的横截面直径和/或面积，同时保持身体支架提供全接触硬壳矫形器的能力。SPS是对SMS的补充，以便通过夹板拓扑结构修改和/或引入额外的机械组件，支持期望的关节上在期望的运动轴(屈曲、伸展、外展、内收、旋前和旋后)中的有限的移动性。本专利技术还包括用于通过定位在身体支架上的可调式模块化单元施加外部压力的方法以及用于监测所施加的压力的方法。本专利技术还包括用于通过定位在身体支架上的模块化单元递送治疗刺激的方法。本专利技术的三维矫形器的示例性应用包括上肢矫形器、下肢矫形器、脊柱和颈部矫形器、腕矫形器、踝矫形器和类似的应用。本专利技术依赖于用于制造个人化身体支架的已知三维打印技术。该方法一般可包括三个步骤。首先，使用已知的三维扫描或成像技术来直接或间接(从模具)生成代表靶身体表面几何结构的三维数据集。该三维数据集通常将会代表所产生的身体支架的内部几何结构。其次，对用于定制三维打印的身体支架的物理结构进行确定和建模。在确定和建模步骤期间，可以用油墨标记物在患者的皮肤上标记身体支架的具体设计特征，诸如大窗口开口或者适用于身体支架或常规矫形器的任何三维修改。CAD设计者可以参考标记并在创建设计文件时遵循所述标记作为指令。CAD设计者可以采用已知的设计软件并且可以遵循多种设计方案中的任何一种或多种，诸如有限元分析、创成式设计、参数设计以及虚拟与增强现实技术。第三，三维打印或其他数码或数字控制制造方法产生个人化的身体支架。所述支架还可被设计成包含其他能力，包括物联网(internet-of-things，IOT)设备和系统、信号处理单元、无线通信单元(红外、GSM、局域无线网络和因特网连接性)、机载或远程界面(触觉、光度测量、增强或虚拟现实界面、与网络或软件界面链接的移动设备、智能电话、LED、LCD、平板计算机、笔记本计算机等)、各种类型的电源(包括热电发电、无线能量传输技术、交流电和直流电)、云计算和存储单元。尽管已将本专利技术描述为具有多个用于人的自对准表面和元件的可调节(通常为自调节)的身体支架，但是在其他实施方式中，有可能采用由人使用的其他产品，包括椅子、座椅、鞍具、运动器材、鞋子、衬垫、头盔以及部分或全身骨骼外套装等。本专利技术的实施方式还可用于针对动物的铸件/支具以及用于马和骑手的定制鞍具。在第一方面，本专利技术提供了一种适形身体界面(conformablebodyinterface)，其可以是夹板、铸件或其他结构的形式，旨在至少部分地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适形身体界面，包括：身体支架，其具有纵向轴线并被配置用于可移除地放置在相符的身体表面上，其中所述身体支架分为由轴向接头分隔的两个或更多个纵向节段，并且其中这些接头被配置成响应于所述身体表面的肿胀而周向分开；以及多个弹性约束件，其在沿着所述身体支架的轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头，其中所述约束件被配置用于响应于所述身体表面的肿胀而弹性地约束所述身体支架的径向扩张。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 IB PCT/IB2015/002432;2015.04.23 US 62/11.一种适形身体界面，包括：身体支架，其具有纵向轴线并被配置用于可移除地放置在相符的身体表面上，其中所述身体支架分为由轴向接头分隔的两个或更多个纵向节段，并且其中这些接头被配置成响应于所述身体表面的肿胀而周向分开；以及多个弹性约束件，其在沿着所述身体支架的轴向间隔开的位置处跨越所述轴向接头，其中所述约束件被配置用于响应于所述身体表面的肿胀而弹性地约束所述身体支架的径向扩张。2.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述身体支架被配置用于包围身体四肢、身体关节或身体躯干。3.根据权利要求2所述的适形身体界面，其中所述身体支架包含矫形辅助。4.根据权利要求2所述的适形身体界面，其中所述身体支架包含三维网格。5.根据权利要求4所述的适形身体界面，其中所述三维网格具有用于接纳传感器和效应器的开口。6.根据权利要求4所述的适形身体界面，其中通过使用所述身体表面的扫描作为模型的三维打印来产生所述三维网格。7.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件包括包围所述身体支架的弹性带。8.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带在其长度上是连续地弹性的。9.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带在其长度上具有不连续的弹性。10.根据权利要求7所述的适形身体界面，其中所述弹性带被配置用于测量由所述身体支架的径向扩张而产生的应变。11.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件包括弹性片，所述弹性片具有附接至所述纵向节段并跨越两个所述纵向节段之间的至少一个轴向接头的端部。12.根据权利要求11所述的适形身体界面，其中两个弹性片在相邻纵向节段之间的两个或更多个接头上周向对准。13.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件具有固定的长度。14.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述弹性约束件具有可调节的长度。15.根据权利要求1所述的适形身体界面，其中所述轴向接头包括滑动接头。16.根据权利要求15所述的适形身体界面，其中所述滑动接头包括沿着一个纵向节段的边缘的凸形元件和沿着相邻纵向节段的边缘的凹形元件。17.根据权利要求15所述的适形身...

【专利技术属性】
技术研发人员：德尼兹·卡拉萨因，
申请(专利权)人：欧斯泰奥德萨格里克科技公司，
类型：发明
国别省市：土耳其,TR