一种肘关节支具的定制化设计方法技术

一种肘关节支具的定制化设计方法，包括步骤：肘关节支具定制化：基于患者未受伤胳膊的CT图像，通过三维重建获得患者受伤胳膊的小臂支具模型和大臂支具模型；肘关节支具铰链设计：基于尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间及所述三维空间所对应的小臂支具模型和大臂支具模型，设计跨接小臂支具模型和大臂支具模型的铰链，且，铰链的中心轴位置和夹角由尺骨、肱骨和桡骨确定；引导肘关节支具佩带的设计：结合尺骨远端腕关节位置和尺骨近端肘关节位置的解剖特征点，设计对肘关节支具佩带过程中进行轴向和周向定位的定位模型，以使肘关节支具佩带后，铰链的旋转轴与肘关节真实运动轴线重合。通过定制化的肘关节支具能解决现有肘关节支具盲目佩带所产生的旋转轴不匹配问题。

A customized design method of elbow brace

A customized design method of elbow brace includes the following steps: customization of elbow brace: obtaining the arm brace model and arm brace model of the injured arm by three-dimensional reconstruction based on the CT image of the uninjured arm of the patient; design of elbow brace hinge: three-dimensional space determined by ulna, humerus and radius and the corresponding arm brace in the three-dimensional space Model and arm brace model, design the hinges of spanning arm brace model and arm brace model, and the central axis position and angle of the hinges are determined by ulna, humerus and radius; guide the design of elbow brace wear: design the elbow brace wear process by combining the position of distal ulna wrist joint and the anatomical characteristic points of proximal ulna elbow joint position, design the elbow brace wear process of axial and circumferential. The orientation positioning model is used to make the rotation axis of the hinge coincide with the true motion axis of the elbow joint after the elbow brace is worn. By customizing the elbow brace, the problem of mismatch of rotation axis caused by blindly wearing the existing elbow brace can be solved.

【技术实现步骤摘要】
一种肘关节支具的定制化设计方法
本专利技术涉及医疗护理用具
，具体涉及一种肘关节支具的定制化设计方法。
技术介绍
肘关节支具主要应用于肘关节软组织损伤固定保护，肘关节骨折固定，肘韧带损伤固定或是肘关节不稳定、脱位等情况。传统的肘关节支具主要由三部分构成，控制小臂旋转的铰链以及用于固定手臂的支具及其固定绑带。传统的肘关节支具在具体使用的过程中，是靠人的主观性将传统的肘关节支具佩带到病人的手臂上，因此，传统肘关节支具的不足之处在于无法对病人真实的肘关节旋转轴线进行定位，也即是，在病人使用该支具时，铰链运动的轴线与肘关节真实轴线并不重合。在两者存在较大差异时，不但不能有效的辅助病人康复，还有可能造成病人延迟康复，甚至进一步损伤肘关节。
技术实现思路
本申请提供一种肘关节支具的定制化设计方法，包括步骤：肘关节支具定制化：基于患者未受伤胳膊的CT图像，通过三维重建获得患者受伤胳膊的小臂支具模型和大臂支具模型；肘关节支具铰链设计：基于尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间及三维空间所对应的小臂支具模型和大臂支具模型，设计跨接所述小臂支具模型和大臂支具模型的铰链，且，铰链的中心轴位置和夹角由所述尺骨、肱骨和桡骨确定；引导肘关节支具佩带的设计：结合尺骨远端腕关节位置和尺骨近端肘关节位置的解剖特征点，设计对肘关节支具佩带过程中进行轴向和周向定位的定位模型，以使肘关节支具佩带后，铰链的旋转轴与肘关节真实运动轴线重合。一种实施例中，肘关节支具定制化的具体步骤为：获取患者未受伤胳膊的CT图像，将CT图像镜像为患者受伤胳膊的CT图像；对患者受伤胳膊的CT图像进行分割并利用三维重建算法重建皮肤模型、肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型；对皮肤模型进行膨胀处理，获得支具模型；利用三维剪切功能对支具模型进行剪切，获得小臂支具模型和大臂支具模型。一种实施例中，肘关节支具铰链设计的具体步骤为：在肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型所确定的某一旋转空间状态下，对肱骨滑车进行圆柱拟合获得拟合圆柱，拟合圆柱的中心轴为肘关节的真实旋转轴；在旋转空间状态下根据铰链的测量数据重建铰链模型，铰链模型跨接于小臂支具模型和大臂支具模型之间，且，铰链模型的旋转轴与拟合圆柱的中心轴重合。一种实施例中，引导肘关节支具佩带的设计的具体步骤为：基于尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间，在小臂支具模型上设计根据尺骨茎突进行定位的第一定位模型；根据第一定位模型及铰链在所述三维空间状态下的确定位置，在小臂支具模型上设计根据尺骨鹰嘴突进行定位的第二定位模型，且，待第一定位模型定位于尺骨茎突及第二定位模型定位于尺骨鹰嘴突时，铰链模型的旋转轴与拟合圆柱的中心轴重合。一种实施例中，第一定位模型和第二定位模型均为多级伸缩式模型结构。一种实施例中，还包括对小臂支具模型和大臂支具模型进行剪切的步骤，使小臂支具模型和大臂支具模型剪切为半开口式。一种实施例中，还包括在小臂支具模型和大臂支具模型上设计透气孔的步骤。一种实施例中，还包括在小臂支具模型和大臂支具模型上设计穿孔的步骤，穿孔用于穿设束缚带。一种实施例中，铰链的旋转角度可调节。一种实施例中，还包括将小臂支具模型、大臂支具模型和铰链一体化3D打印的步骤。依据上述实施例的肘关节支具定制化设计方法，基于患者的皮肤模型创建个性化的小臂支具模型和大臂支具模型，并设计与小臂支具模型和大臂支具模型匹配的铰链，再通过设计定位模型对肘关节支具佩带的过程进行轴向和周向定位，使得肘关节支具使用过程中，铰链的旋转轴与患者肘关节真实运动轴重合，以解决现有肘关节支具盲目佩带所产生的旋转轴不匹配问题。附图说明图1为肘关节支具定制化设计流程图；图2为初始支具模型图；图3为剪切后的支具模型图；图4为铰链与剪切后的支具配合示意图；图5为肘关节支具的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在本专利技术实施例中，提供一种肘关节支具的定制化设计方法，通过该方法设计的肘关节支具不仅具有个性化的特点，同时，设计的肘关节支具佩带的过程中，肘关节支具的铰链的旋转轴与肘关节真实运动轴同轴。本例的肘关节支具的定制化设计方法的流程图如图1所示，具体包括如下步骤。S1：肘关节支具定制化。为了使制造的肘关节支具具有个性化，需要对患者进行CT断层扫描，对扫描的断层影像进行骨骼特征提取，从而建立精准的个性化骨骼模型，针对肘关节支具个性化设计而言，本例是基于患者未受伤胳膊的CT图像，通过三维重建获得患者受伤胳膊的小臂支具模型和大臂支具模型。具体的步骤是：1)获取患者未受伤胳膊的CT图像，将CT图像镜像为患者受伤胳膊的CT图像。由于患者的肘关节受伤部位有组织断裂、出血、肿胀甚至骨折等情况，若直接利用受伤胳膊的CT扫描数据进行三维重构，则会造成重构的三维模型出现很大的尺寸偏差。因此，根据人体具有对称性、相似性、连续性的特点，通过镜像方式用未受伤完整的一侧胳膊的三维数据来替换患者胳膊受伤部位的三维数据，能够避免直接用患处的CT扫描数据重构三维模型而造成的偏差。2)对患者受伤胳膊的CT图像进行分割并利用三维重建算法重建皮肤模型、肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型。如，对CT图像进行阈值分割后，应用MarchingCubes三维重建算法，分别获得皮肤三维模型、肱骨三维模型、尺骨三维模型和桡骨三维模型。3)对皮肤模型进行膨胀处理，获得支具模型。在三维重建获得的皮肤模型基础上，通过设计其外包围轮廓模型，获得初始的支具模型，如图2所示。也即是，在由原始CT图像分割出的皮肤图像上，基于像素层面进行膨胀处理，膨胀的值可以依据CT图像间距及所需外轮廓厚度计算得出，如，假设外轮廓的所需厚度为t，CT的平均间距为s，则膨胀值d＝t/s。4)利用三维剪切功能对支具模型进行剪切，获得小臂支具模型和大臂支具模型。在初始支具模型上，利用三维剪切功能，对其进行不断的造型，剪切掉冗余部分，获得支具的大概外形，为后续设计提供基础，剪切后的支具模型包括小臂支具模型和大臂支具模型，如图3所示。进一步，参照传统支具的设计，本步骤还包括对小臂支具模型和大臂支具模型进行更细致的修剪和调整的步骤，如，将小臂支具模型和大臂支具模型剪切为半开口式。进一步，为了提高肘关节支具的整体透气性，本步骤还包括在小臂支具模型和大臂支具模型上设计透气孔的步骤。S2：肘关节支具铰链设计。铰链是连接支具的大臂端和小臂端两部分的部件，其主要作用是辅助患者小臂运动，保证支具运动的轴线为铰链中心线，铰链的主要材质为塑料材质或铝合金材质，当铰链为塑料材质时，本例的肘关节支具采用3D打印技术制成，也即是，将小臂支具模型、大臂支具模型和铰链一体化3D打印成型；当铰链为铝合金材质时，则铰链为采购的常规铰链，而小臂支具模型和大臂支具模型分别通过3D打印技术制成，不论铰链以何种方式制成，设计铰链时，要综合考虑尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间及该三维空间所对应的小臂支具模型和大臂支具模型，在这种情况下，设计与小臂支具模型和大臂支具模型匹配的铰链，且该铰链的中心轴位置和夹角由尺骨、肱骨和桡骨确定。铰链具体设计的过程是：1)在肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型所确定的某一旋转空间状态下，对肱骨滑车进行圆柱拟合获得拟合圆柱，拟合圆柱的中心轴为肘关节的真实旋转轴；2)在旋转空间状态下根据铰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肘关节支具的定制化设计方法，其特征在于，包括步骤：肘关节支具定制化：基于患者未受伤胳膊的CT图像，通过三维重建获得患者受伤胳膊的小臂支具模型和大臂支具模型；肘关节支具铰链设计：基于尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间及所述三维空间所对应的小臂支具模型和大臂支具模型，设计跨接所述小臂支具模型和大臂支具模型的铰链，且，所述铰链的中心轴位置和夹角由所述尺骨、肱骨和桡骨确定；引导肘关节支具佩带的设计：结合尺骨远端腕关节位置和尺骨近端肘关节位置的解剖特征点，设计对肘关节支具佩带过程中进行轴向和周向定位的定位模型，以使肘关节支具佩带后，所述铰链的旋转轴与肘关节真实运动轴线重合。

【技术特征摘要】
1.一种肘关节支具的定制化设计方法，其特征在于，包括步骤：肘关节支具定制化：基于患者未受伤胳膊的CT图像，通过三维重建获得患者受伤胳膊的小臂支具模型和大臂支具模型；肘关节支具铰链设计：基于尺骨、肱骨和桡骨所确定的三维空间及所述三维空间所对应的小臂支具模型和大臂支具模型，设计跨接所述小臂支具模型和大臂支具模型的铰链，且，所述铰链的中心轴位置和夹角由所述尺骨、肱骨和桡骨确定；引导肘关节支具佩带的设计：结合尺骨远端腕关节位置和尺骨近端肘关节位置的解剖特征点，设计对肘关节支具佩带过程中进行轴向和周向定位的定位模型，以使肘关节支具佩带后，所述铰链的旋转轴与肘关节真实运动轴线重合。2.如权利要求1所述的定制化设计方法，其特征在于，所述肘关节支具定制化的具体步骤为：获取患者未受伤胳膊的CT图像，将所述CT图像镜像为患者受伤胳膊的CT图像；对患者受伤胳膊的CT图像进行分割并利用三维重建算法重建皮肤模型、肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型；对皮肤模型进行膨胀处理，获得支具模型；利用三维剪切功能对所述支具模型进行剪切，获得小臂支具模型和大臂支具模型。3.如权利要求2所述的定制化设计方法，其特征在于，所述肘关节支具铰链设计的具体步骤为：在所述肱骨模型、尺骨模型和桡骨模型所确定的某一旋转空间状态下，对肱骨滑车进行圆柱拟合获得拟合圆柱，所述拟合圆柱的中心轴为肘关节的真实旋转轴；在所述旋转空间状态下根据铰链的测量数据重建铰链模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗远，胡项俊，邹第洋，龚伟华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31