一种用于脊柱侧弯的矫形器及其制造方法技术

一种用于脊柱侧弯的矫形器及其制造方法，包括矫形器主体、矫形结构、第一矫形施力区、第二矫形施力区和第三矫形施力区；矫形器主体为单侧有纵向开口的贴合人体脊柱段的筒状结构，矫形器主体的两侧设置有开口，两侧开口内均设置有矫形结构，矫形器主体一侧设置有第一矫形施力区，第一矫形施力区位于所在侧面的中部，另一侧设置有第二矫形施力区和第三矫形施力区，第二矫形施力区和第三矫形施力区分别位于所在侧面的上下端，形成三点式矫正力系统；本发明专利技术提供一种定制化矫形器装置和设计方法，该种矫形器可以适配体表形貌特征，变刚度特征可对患者矫形部位进行精准矫形的同时可以减少对于矫形器的依赖次数。

The invention relates to an orthosis for scoliosis and a manufacturing method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种用于脊柱侧弯的矫形器及其制造方法
本专利技术属于外固定矫形器
，特别涉及一种用于脊柱侧弯的矫形器及其制造方法。
技术介绍
脊柱侧弯是脊柱的一个或数个节段在冠状面上偏离身体中线向侧方弯曲，形成一个带有弧度的脊柱畸形，通常还伴有脊柱的旋转和矢状面上后突或前突的增加或减少。现有解决方案包括支具矫形、整脊法、运动法等系列物理方法。在年龄较小且Cobbs角小于45°的情况下合理运用非手术的支具矫形可以有效控制脊柱侧弯的发展。但是，用于支具矫形的矫形器需要根据矫形的不同阶段进行分阶段矫形应力调整，当前常用的胸腰骶类支具如Charleston屈曲支具、CrassCheneau动态矫正支具、SPoRT支具、SpineCor软质支具、Boston支具都为三点式矫形原理，Wilmington支具是在平躺面朝上的体位定制，再根据脊柱侧弯情况给予矫正力。上述支具几乎都是通过均质材料制作而成，由于矫形的需要，制作材料的弹性模量几乎都大于佩戴肢体，在长期佩戴过程中由于支具制作材料与肢体刚度不匹配而导致矫形力施加区域(即支具与皮肤接触区域)应力集中而出现皮肤磨损溃烂，进而导致支具矫形效果差。而过度降低制作支具材料的刚度又会导致支具整体强度不够无法进行矫形的问题出现。而且，支具的长期佩戴可能会导致肌无力，造成对于支具的依赖。此外，固定类的支具还会引起关节挛缩，阻碍脊柱正常运动。尤其是对于侧弯严重的儿童在骨骼停止生长后病情就越容易恶化。矫形支具的佩戴同时还要考虑依从性以及社会心理因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于脊柱侧弯的矫形器及其制造方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于脊柱侧弯的矫形器，包括矫形器主体、矫形结构、第一矫形施力区、第二矫形施力区和第三矫形施力区；矫形器主体为单侧有纵向开口的贴合人体脊柱段的筒状结构，矫形器主体的两侧设置有开口，两侧开口内均设置有矫形结构，矫形器主体一侧设置有第一矫形施力区，第一矫形施力区位于所在侧面的中部，另一侧设置有第二矫形施力区和第三矫形施力区，第二矫形施力区和第三矫形施力区分别位于所在侧面的上下端，形成三点式矫正力系统；矫形结构包括矫形面和矫形块状结构；矫形面设置在矫形器主体的两侧开口内，若干矫形块状结构均匀设置在矫形面上。进一步的，第一矫形施力区位置的矫形块状结构位于矫形器主体内侧，第二矫形施力区和第三矫形施力区位置的矫形块状结构位于矫形器主体内侧，第二矫形施力区和第三矫形施力区之间的位置的矫形块状结构位于矫形器主体外侧。进一步的，矫形器主体除开矫形结构部位均为镂空结构。进一步的，矫形器主体的单侧纵向开口的两边缘处设置有对称的绑紧孔。进一步的，矫形块状结构为正六棱柱结构，矫形块状结构之间的间隙用于填充硬质材料；矫形器主体和矫形结构由TPU材质制成。进一步的，一种用于脊柱侧弯的矫形器的制造方法，包括以下步骤：步骤1，将需要佩戴矫形器的躯干进行CT扫描，获得CT数据之后使用医学图像处理软件Mimics软件进行需矫形躯干的模型Mask提取，提取出Mask之后对其进行光顺处理；提取需矫形肢体Mask的同时提取肢体内部骨骼的三维模型，最后将Mask保存为STP格式的三维模型进行矫形器的结构造型设计；步骤2，将步骤1中得到的需矫形躯干STP格式三维模型导入进3D雕刻建模工具Geomagic软件当中进行矫形施力区域划分；步骤3，在步骤2的基础上在矫形施力区域进行矫形器施力块状结构设计和肌肉锻炼结构设计；步骤4，完成镂空透气孔的设计，透气孔分布区域的确定：矫形器施力区域以及凹侧上下、腋前线和腋后线之间区域之外的其他区域为基于泰森多边形的镂空结构其分布以及开孔尺寸随机分布；步骤5，将步骤三和步骤四中完成的矫形器的三维模型转化为STL格式，将此STL文件导入Magics软件进行工艺规划，包括添加支撑等；然后进入3D打印过程。步骤6，采用FDM3D打印工艺，使用TPU材质100％填充进行打印成型，打印成型的矫形器经处理之后得到实物矫形器。进一步的，步骤2中，具体的处理步骤为：网格检查-锐化处理-精确曲面，曲面精确之后导出为STP格式文件；矫形器施力区域划分方法：(1)确定侧弯的端椎，上、下端椎是指侧弯中向脊柱侧弯凹侧倾斜度最大的椎体；(2)确定被采集者的运用站立位脊柱全长片测量Cobb角；(3)将被采集者Cobb角上端椎的椎体上缘横线与下端椎椎体的下缘横线向脊柱凸侧延长与步骤1中获得的三维模型在边界上相交于A点和B点，A、B两点之间的弧长区域即为矫形器凸侧施力区域的长度；(4)过A点和B点分别做水平横线与步骤1中获得的三维模型在凹侧边界上相交于C点和D点，C点至步骤1中获得的三维模型上侧边缘弧长为矫形器脊柱凹侧上侧施力区域的弧长，D点至步骤1中获得的三维模型下侧边缘弧长为矫形器脊柱凹侧下侧施力区域的弧长；(5)以被采集者腋前线和腋后线之间的弧长作为矫形器凸侧和凹侧矫形施力区域的宽。进一步的，步骤3中，具体设计方法为：(一)将步骤2中得到的STP格式矫形施力区域三维模型导入进3D造型软件Rhino软件当中，应用Grasshopper插件将矫形区域Surface选入Grasshopper当中；(二)将导入Rhino的矫形区域Surface通过投影创建UV曲线，并将投影后的UV曲线通过Surfacefromplanarcurves创建投影平面；(三)将创建好的投影平面进行UV划分，在UV交叉处分布六边形Hexagon形状并拉伸，拉伸距离范围为0-20mm，分布个数的确定范围如下：U方向：5％×Udivisions＜Hexagon形状个数＜30％×UdivisionsV方向：5％×Vdivisions＜Hexagon形状个数＜30％×Vdivisions(四)将拉伸出的处于平面位置的“块状结构”投影到步骤2中得到的矫形施力区域并得到保存为STL格式的计算机三维模型；第二和第三矫形施力区域之间外侧的块状肌肉锻炼结构的设计方法同本步骤一样。与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：本专利技术提供一种定制化矫形器装置和设计方法，该种矫形器可以适配体表形貌特征，变刚度特征可对患者矫形部位进行精准矫形的同时可以减少对于矫形器的依赖次数。该专利技术采用3D打印技术进行制造，可以在更大范围内体现个性化特征，提高矫形成功率和体验感。通过块状结构设计，实现对矫形器的刚度调节，相较于已有的解决方案矫形效果好，无创伤，而且个性化订制，成本低；本专利技术整体结构简单方便，操作性效果好，操作方便容易，适于推广使用，具有广泛的应用领域和较好的经济效益。附图说明图1本专利技术结构图。图2为本专利技术矫形力施加区域划分方法说明图。图3为本专利技术矫形施力及肌肉锻炼原理说明图。图4为本专利技术矫形施力块状结构设计方法说明图。具体实施方式以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，包括矫形器主体、矫形结构、第一矫形施力区(1)、第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)；矫形器主体为单侧有纵向开口的贴合人体脊柱段的筒状结构，矫形器主体的两侧设置有开口，两侧开口内均设置有矫形结构，矫形器主体一侧设置有第一矫形施力区(1)，第一矫形施力区(1)位于所在侧面的中部，另一侧设置有第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)，第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)分别位于所在侧面的上下端，形成三点式矫正力系统；/n矫形结构包括矫形面和矫形块状结构(4)；矫形面设置在矫形器主体的两侧开口内，若干矫形块状结构(4)均匀设置在矫形面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，包括矫形器主体、矫形结构、第一矫形施力区(1)、第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)；矫形器主体为单侧有纵向开口的贴合人体脊柱段的筒状结构，矫形器主体的两侧设置有开口，两侧开口内均设置有矫形结构，矫形器主体一侧设置有第一矫形施力区(1)，第一矫形施力区(1)位于所在侧面的中部，另一侧设置有第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)，第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)分别位于所在侧面的上下端，形成三点式矫正力系统；
矫形结构包括矫形面和矫形块状结构(4)；矫形面设置在矫形器主体的两侧开口内，若干矫形块状结构(4)均匀设置在矫形面上。


2.根据权利要求1所述的一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，第一矫形施力区(1)位置的矫形块状结构(4)位于矫形器主体内侧，第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)位置的矫形块状结构(4)位于矫形器主体内侧，第二矫形施力区(2)和第三矫形施力区(3)之间的位置的矫形块状结构(4)位于矫形器主体外侧。


3.根据权利要求1所述的一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，矫形器主体除开矫形结构部位均为镂空结构(5)。


4.根据权利要求1所述的一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，矫形器主体的单侧纵向开口的两边缘处设置有对称的绑紧孔(6)。


5.根据权利要求1所述的一种用于脊柱侧弯的矫形器，其特征在于，矫形块状结构(4)为正六棱柱结构，矫形块状结构(4)之间的间隙用于填充硬质材料；矫形器主体和矫形结构由TPU材质制成。


6.一种用于脊柱侧弯的矫形器的制造方法，其特征在于，基于权利要求1至5任意一项所述的一种用于脊柱侧弯的矫形器，包括以下步骤：
步骤1，将需要佩戴矫形器的躯干进行CT扫描，获得CT数据之后使用医学图像处理软件Mimics软件进行需矫形躯干的模型Mask提取，提取出Mask之后对其进行光顺处理；提取需矫形肢体Mask的同时提取肢体内部骨骼的三维模型，最后将Mask保存为STP格式的三维模型进行矫形器的结构造型设计；
步骤2，将步骤1中得到的需矫形躯干STP格式三维模型导入进3D雕刻建模工具Geomagic软件当中进行矫形施力区域划分；
步骤3，在步骤2的基础上在矫形施力区域进行矫形器施力块状结构设计和肌肉锻炼结构设计；
步骤4，完成镂空透气孔的设计，透气孔分布区域的确定：矫形器施力区域以及凹侧上下、腋前线和腋后线之间区域之外的其他区域为基于泰森多边形的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏伟，李涤尘，杨张凯，黄桂林，李智凯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61