一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，可完成针对目标人群特定骨骼部位的内固定系统整体解决方案设计，本发明专利技术基于大样本真实病例的CT扫描骨骼数字化数据，并基于经验证的三维测量技术和测量方案，对大样本的数字化病例进行可靠和可重复性的测量，基于获得的大样本解剖形态学参数进行内固定设计，通过建立图像筛查操作平台，可在相对较短的时间内对所设计的内固定系统进行大样本的匹配度检测，并基于匹配结果进行改进，节省了大量的经济和时间成本。节省了大量的经济和时间成本。节省了大量的经济和时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法


[0001]本专利技术涉及一种骨折内固定器械领域，尤其涉及一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法。

技术介绍

[0002]流行病学研究显示全世界每年骨折的发生率为9.0
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22.8/1000。随着城市化建设步伐加快及城镇交通的繁杂，各种类型的骨折有增加的趋势。关于骨折的治疗，国际内固定研究学会(AO/ASIF)提出的总体原则是：解剖复位、坚强内固定、早期的功能锻炼，故内固定系统在骨折治疗中具有重要作用。
[0003]目前已有内固定系统存在诸多不足。骨科内固定器械主要分为髓内和髓外固定两大类，就髓内系统而言，已有的髓内系统的外形设计，如部件间角度、截面形态、长度等不符合特定人群髓腔的解剖学特点，使得髓内钉与骨骼髓腔匹配度差，导致插入困难、末端突出于骨骼，造成医源性骨折、周围软组织激惹、长期疼痛时有发生，影响手术疗效和患者生活；此外，已有的髓内钉系统未考虑不同类型骨折或是同种类型不同分型骨折之间的差异，从而未设计相对应的内固定部件，难以实现最佳复位及固定效果。就髓外系统而言，国内诸多内固定器械制造商以模仿国外相同系列钢板外形为主，但国外制造商研发生产的钢板外形均为针对欧美人种设计，因此在临床应用中与骨骼表面贴附度欠佳，易产生较大间隙，导致淤血、感染等并发症，且由于放置困难，手术过程中需耗费大量时间进行位置确认，且对手术医生的操作经验和对骨骼形态学掌握程度有较高的要求；其次，已有钢板的克氏针、螺钉开孔的数量、位置及方向不尽合理，致术中固定操作困难，甚至难以实现稳定和有效的固定。
[0004]导致现有的内固定系统存在诸多缺陷的原因主要在于内固定研发模式不合理、不完善，存在以下缺陷：
[0005]第一，缺少一个针对所有人群任意骨骼部位的统一、完整、可靠的内固定设计研发流程；
[0006]第二，内固定系统的外形、尺寸规格，螺钉和克氏针的开孔大小、方向、数量等诸多重要的设计细节需依赖大量的形态学量化指标，而受限于技术瓶颈，内固定系统研发设计常缺乏大样本的骨骼解剖学参数支撑；
[0007]第三，内固定初步设计成稿后，需同大样本的真实数据进行匹配，并对设计细节进行改进和完善，但同样由于缺乏必要的技术支撑，现有的内固定设计缺少必要的可靠、可重复的验证方法，只能通过临床使用来进行逐步修改，不仅耗费高、耗时长，更不利于患者康复。目前亟需一种有效的解决方案应对上述诸多问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，具体如下：
[0009]一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，包括如下步骤：
[0010]步骤s1，构建一设置有数字化骨骼数据的数字化骨骼图像数据库和一图像融合筛查操作平台，所述图像融合筛查操作平台与所述数字化骨骼图像数据库连接，所述图像融合筛查操作平台设有内固定数字化模型导入程序；
[0011]步骤s2，建立特定部位的解剖学参数三维测量体系，进一步在所述解剖学参数数字化三维测量体系的可靠性及可重复性检测结果良好的基础上，完成大样本的解剖学参数数字化三维测量，获得大样本的解剖学参数数字化三维测量结果；
[0012]步骤s3，依据所述解剖学参数数字化三维测量结果，建立一骨折内固定系统，并生成初步的内固定部件数字化模型，将所述初步的内固定部件数字化模型导入所述图像融合筛查操作平台；
[0013]步骤s4，依据所述数字化骨骼数据生成数字化三维骨骼图像并对所述初步的内固定部件数字化模型进行形态学匹配度检测和调整，直到达到预期匹配度，进一步依据所述初步的内固定部件数字化模型获得的内固定部件实物与三维打印骨骼模型进行实物匹配度验证和调整，直到达到预期匹配度并符合预期计算生物力学及生物力学性能要求后获得具备调整后的内固定部件数字化模型的所述骨折内固定系统。
[0014]优选的，所述步骤s1进一步包括，同时进行计算生物力学的建模和测试方案设计、实物力学性能试验方案设计并确定系统样本量。
[0015]优选的，所述骨折内固定系统包括髓内固定系统和髓外固定系统，所述髓内固定系统包括髓内钉系统，所述髓外固定系统包括加压钢板、支撑钢板、桥接钢板和张力带钢板，所述内固定部件参数包括部件间角度、弧度、截面形态和长度。
[0016]优选的，设有所述数字化骨骼数据的所述数字化骨骼图像数据库存储DICOM 3.0格式数据。
[0017]优选的，所述步骤s2进一步包括：
[0018]步骤s21，针对特定骨骼的形态学特征设计所述解剖学参数三维测量体系，所述骨骼解剖学参数至少包括骨骼长度、角度、弧度和面积；
[0019]步骤s22，通过对所述骨骼解剖学参数进行重复测量，应用统计学方法，验证所述解剖学参数三维测量体系的可靠性及可重复性；
[0020]步骤s23，根据所述系统样本量进行解剖学数字化三维测量。
[0021]优选的，所述步骤s3进一步包括：
[0022]步骤s31，基于所述解剖学参数数字化三维测量结果，建立所述骨折内固定系统，制作所述初步的内固定部件数字化模型；
[0023]步骤s32，将所述初步的内固定部件数字化模型导入所述图像融合筛查操作平台。
[0024]优选的，所述步骤s4进一步包括：
[0025]步骤s41，对所述初步的内固定的数字化骨骼形态学匹配度进行检测及调整，根据匹配度检测结果完成内固定参数的调整，于每次调整后再次进行匹配度检测；
[0026]步骤s42，选取目标样本的所述数字化骨骼数据打印出第一三维打印模型，将所述内固定部件实物置入所述第一三维打印模型中，通过对比所述第一三维打印模型的等比例实物模型和所述数字化三维骨骼图像的匹配性检测结果，再次验证基于所述数字化三维骨骼图像的内固定匹配性检测方法的可靠性，同时，基于所述第一三维打印模型的等比例实
物模型匹配性检测结果再次进行调整；
[0027]步骤s43，根据所述计算生物力学建模和测试方案对所述骨折内固定系统进行计算生物力学测试，并对存在的缺陷进行调整；
[0028]步骤s44，根据所述实物力学性能试验方案对所述骨折内固定系统进行实物力学性能试验。
[0029]优选的，所述步骤s44中所述骨折内固定系统的实物力学性能试验采用模拟仿真试验，通过对比所述骨折内固定系统的实物力学性能试验和所述骨折内固定系统的计算生物力学测试结果，验证基于所述骨折内固定系统的计算生物力学测试模式方法的可靠性，同时，通过所述骨折内固定系统的实物力学性能试验结果，再次对所述骨折内固定系统进行调整直到通过实物力学性能试验。
[0030]本专利技术提供了一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，针对传统的内固定系统研发设计缺乏大样本的骨骼解剖学参数支撑的问题，本专利技术通过图像融合筛查操作平台，可在相对较短的时间内获得目标样本特定骨骼部位的解剖学参数。区别于传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，构建一设置有数字化骨骼数据的数字化骨骼图像数据库和一图像融合筛查操作平台，所述图像融合筛查操作平台与所述数字化骨骼图像数据库连接，所述图像融合筛查操作平台设有内固定数字化模型导入程序；步骤s2，建立特定部位的解剖学参数三维测量体系，进一步在所述解剖学参数数字化三维测量体系的可靠性及可重复性检测结果良好的基础上，完成大样本的解剖学参数数字化三维测量，获得大样本的解剖学参数数字化三维测量结果；步骤s3，依据所述解剖学参数数字化三维测量结果，建立一骨折内固定系统，并生成初步的内固定部件数字化模型，将所述初步的内固定部件数字化模型导入所述图像融合筛查操作平台；步骤s4，依据所述数字化骨骼数据生成数字化三维骨骼图像并对所述初步的内固定部件数字化模型进行形态学匹配度检测和调整，直到达到预期匹配度，进一步依据所述初步的内固定部件数字化模型获得的内固定部件实物与三维打印骨骼模型进行实物匹配度验证和调整，直到达到预期匹配度并符合预期计算生物力学及生物力学性能要求后获得具备调整后的内固定部件数字化模型的所述骨折内固定系统。2.根据权利要求1所述的基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，其特征在于，所述步骤s1进一步包括，同时进行计算生物力学的建模和测试方案设计、实物力学性能试验方案设计并确定系统样本量。3.根据权利要求1所述的基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，其特征在于，所述骨折内固定系统包括髓内固定系统和髓外固定系统，所述髓内固定系统包括髓内钉系统，所述髓外固定系统包括加压钢板、支撑钢板、桥接钢板和张力带钢板，所述内固定部件参数包括部件间角度、弧度、截面形态和长度。4.根据权利要求1所述的基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，其特征在于，设有所述数字化骨骼数据的所述数字化骨骼图像数据库存储DICOM 3.0格式数据。5.根据权利要求1所述的基于骨骼形态学大数据的骨折内固定系统的设计方法，其特征在于，所述步骤s2进一步包括：步骤s21，针对特定骨骼的形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雁西，张坤，强敏菲，贾小阳，
申请(专利权)人：仰峰上海科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：