骨整合型假肢连接器柄体的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，属于假肢连接器技术领域，所述方法包括：根据影像数据的骨密度数据，计算骨的弹性模量数据；根据影像数据、骨的弹性模量数据和骨整合型假肢连接器柄体的直径，计算骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度；判断骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度是否在可接受范围内；计算骨整合型假肢连接器柄体在当前直径下的最大主应力，并判断该最大主应力是否小于材料疲劳强度，若是，则输出骨整合型假肢连接器柄体的尺寸设计。本发明专利技术的骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，使得骨整合型假肢连接器柄体在保持压配和抗疲劳强度的同时，应力遮挡程度尽可能下降。应力遮挡程度尽可能下降。应力遮挡程度尽可能下降。

【技术实现步骤摘要】
骨整合型假肢连接器柄体的设计方法


[0001]本专利技术涉及假肢连接器
，特别是指一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法。

技术介绍

[0002]应力遮挡效应是金属植入物植入人体后，由于金属的弹性模量高于人骨的模量，导致在同时承受外载荷时，骨上的应力大部分被金属替代承担，造成骨上应力过小，进而发生骨吸收的一种不利效应。
[0003]骨整合型假肢连接器是经皮型植入物，植入髓腔内的部分与骨组织产生骨整合，实现残肢与假肢的连接和载荷传递，从而实现残肢解剖和功能重建。由于此植入物的使用场景是植入髓腔，初期与髓腔产生压配建立初期稳定性，并通过外表面的骨融合设计与骨发生骨整合的特性，实现生物固定。因此该植入物初期必须与髓腔压配，植入物的外包络设计必须与髓腔形状高度贴合，然而这种贴合使骨上出现比较严重的应力遮挡效应。
[0004]针对上述问题，一些产品对应采取了一些解决办法，比如植入物的材料换成低模量、外表面结构多孔化、或者用拓扑方法如一些脊等结构代替与骨的面接触以减少与骨接触面积的方式等。最理想的骨整合型假肢连接器柄体的效果是：保持压配和抗疲劳强度的同时，使应力遮挡程度尽可能下降。然而经研究发现，现有骨整合型假肢连接器柄体的效果不够理想，有改进的必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，使得骨整合型假肢连接器柄体在保持压配和抗疲劳强度的同时，应力遮挡程度尽可能下降。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0007]一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，所述骨整合型假肢连接器柄体用于植入患者骨干髓腔，包括实体杆部和包覆在所述实体杆部外表面的骨整合层，所述方法包括：
[0008]步骤1：获取患者骨干的影像数据；
[0009]步骤2：根据所述影像数据，获取患者的骨干内径、骨干外径和骨密度数据；
[0010]步骤3：根据所述骨密度数据，计算骨的弹性模量数据；
[0011]步骤4：选定所述骨整合型假肢连接器柄体的初始直径；
[0012]步骤5：根据所述影像数据、骨的弹性模量数据和骨整合型假肢连接器柄体的直径，计算所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度；
[0013]步骤6：判断所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度是否在可接受范围内，若是，则执行下一步骤；
[0014]步骤7：计算所述骨整合型假肢连接器柄体在当前直径下的最大主应力，并判断该最大主应力是否小于材料疲劳强度，若是，则输出所述骨整合型假肢连接器柄体的尺寸设计。
[0015]进一步的，所述步骤6包括：
[0016]若否，则所述骨整合型假肢连接器柄体的直径减少一个固定值后转至步骤5。
[0017]进一步的，所述步骤2中，骨密度数据ρ通过所述影像数据中的Hu值经过换算得到，计算公式如下：
[0018]ρ＝0.0405+0.000918HU。
[0019]进一步的，所述步骤3中，骨的弹性模量数据E的计算公式如下：
[0020]E3790ρ3。
[0021]进一步的，所述步骤4中，选择所述骨干内径为所述骨整合型假肢连接器柄体的直径，作为柄体直径上限值；
[0022]或者，所述步骤4包括：
[0023]步骤41：计算所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度为可接受范围的下限值时的柄体直径D
s
；
[0024]步骤42：选择所述骨干内径和所述D
s
中较小者为所述骨整合型假肢连接器柄体的直径，作为柄体直径上限值。
[0025]进一步的，所述步骤5中，骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度Ui的计算公式如下：
[0026][0027]F
i
＝E
i
I
i
[0028]I
i
＝πD
i4
/64
[0029]其中，γ为泊松比，E为骨的弹性模量数据，r0为骨干外径，I为骨骼的截面惯性矩，F
i
为骨整合型假肢连接器柄体的弯曲刚度，M为骨组织受到的弯矩，E
i
为骨整合型假肢连接器柄体的弹性模量，I
i
为骨整合型假肢连接器柄体的截面惯性矩，D
i
为骨整合型假肢连接器柄体的当前直径。
[0030]进一步的，所述方法还包括：
[0031]根据所述影像数据和骨的弹性模量数据，建立待植入段骨干的骨骼模型，并在预先给定载荷值下计算所述骨整合型假肢连接器柄体未植入时的骨骼应变能密度U0；
[0032]此时，所述步骤6中，所述可接受范围为大于0.25U0。
[0033]进一步的，所述骨整合型假肢连接器柄体未植入时的骨骼应变能密度Uo的计算公式如下：
[0034][0035]其中，γ为泊松比，E为骨的弹性模量数据，r0为骨干外径，I为骨骼的截面惯性矩，M为骨组织受到的日常载荷导致的弯矩。
[0036]进一步的，所述步骤7中，所述尺寸设计包括实体杆部的直径和骨整合层的厚度，将所述骨整合型假肢连接器柄体的当前直径作为所述实体杆部的直径，将髓内直径减去实体杆部的直径后除以2作为所述骨整合层的厚度。
[0037]进一步的，患者的骨干部位包括股骨、胫骨、肱骨、尺骨、桡骨或指骨。
[0038]本专利技术具有以下有益效果：
[0039]本专利技术的骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，确定了骨整合型假肢连接器柄体的最优尺寸设计，使得骨整合型假肢连接器柄体在保持压配和抗疲劳强度的同时，应力遮挡程度尽可能下降，应变能密度增大，大大减少由于应力遮挡造成的骨吸收问题，使骨整合型假肢连接器获得长期稳定性。
附图说明
[0040]图1为本专利技术的骨整合型假肢连接器柄体的设计方法的流程示意图；
[0041]图2为本专利技术的骨整合型假肢连接器柄体植入髓腔后的状态示意图，其中(a)为柄体直径为D
S
的剖视图，(b)为柄体直径为D
Si
的剖视图；
[0042]图3为本专利技术的骨整合型假肢连接器柄体的应力图，其中(a)为柄体直径为D
S
的应力图，(b)为柄体直径为D
Si
的应力图。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0044]本专利技术提供一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，如图1
‑
3所示，骨整合型假肢连接器柄体(此柄体材料可以为钛合金等)用于植入患者骨干髓腔，包括实体杆部M和包覆在实体杆部M外表面的骨整合层P，所述方法包括：
[0045]步骤1：获取患者骨干的影像数据；
[0046]本步骤中，获取患者待植入骨整合型假肢连接器柄体的骨干的影像数据；患者的骨干部位可以包括股骨、胫骨、肱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨整合型假肢连接器柄体的设计方法，其特征在于，所述骨整合型假肢连接器柄体用于植入患者骨干髓腔，包括实体杆部和包覆在所述实体杆部外表面的骨整合层，所述方法包括：步骤1：获取患者骨干的影像数据；步骤2：根据所述影像数据，获取患者的骨干内径、骨干外径和骨密度数据；步骤3：根据所述骨密度数据，计算骨的弹性模量数据；步骤4：选定所述骨整合型假肢连接器柄体的初始直径；步骤5：根据所述影像数据、骨的弹性模量数据和骨整合型假肢连接器柄体的直径，计算所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度；步骤6：判断所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度是否在可接受范围内，若是，则执行下一步骤；步骤7：计算所述骨整合型假肢连接器柄体在当前直径下的最大主应力，并判断该最大主应力是否小于材料疲劳强度，若是，则输出所述骨整合型假肢连接器柄体的尺寸设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括：若否，则所述骨整合型假肢连接器柄体的直径减少一个固定值后转至步骤5。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，骨密度数据ρ通过所述影像数据中的Hu值经过换算得到，计算公式如下：ρ＝0.0405+0.000918HU。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，骨的弹性模量数据E的计算公式如下：E＝3790ρ3。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，选择所述骨干内径为所述骨整合型假肢连接器柄体的直径，作为柄体直径上限值；或者，所述步骤4包括：步骤41：计算所述骨整合型假肢连接器柄体植入后的骨骼应变能密度为可接受范围的下限值时的柄体直径D
s
；步骤42：选择所述骨干内径和所述D
s
中较小者为所述骨整合型假肢连接器柄体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，董骧，
申请(专利权)人：北京纳通医疗科技控股有限公司，
类型：发明
国别省市：