CN106652019B - 一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法及其装置 - Google Patents

一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种髋臼后壁后柱内固定系统设计方法及其装置，主要包括以下几个步骤，选取合适数量的骨盆CT数据进行三维建模，测量每个髋臼的最高点至最低点的弧长，将与髋臼弧长均值相近的骨盆作为标准骨盆，将该标准骨盆转换为点云文件，并进行点云三角形网格化处理，利用逆向工程技术模拟出髋臼后壁后柱表面解剖形态。根据临床上髋臼后柱后壁骨折的特点，设计出两种不同形状的钢板，一种适合于高位髋臼后壁后柱骨折，另一种适合非高位髋臼后壁后柱骨折，钢板主体部分面积大，螺孔多，便于术者选择合适的螺孔进行骨折固定；钢板外侧锁定螺孔直径小，方向各异，便于成角固定边缘小骨折块。

Description

一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种医疗器械领域，具体涉及一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法及其装置。
背景技术
髋臼后壁后柱骨折主要内固定方式包括螺钉固定、重建钢板结合拉力螺钉固定、单钢板与双钢板固定、髋臼三维记忆内固定系统等。但均有其局限，如固定强度差、服帖性差、需多次预弯、髋臼后壁边缘骨折难以固定等。因此，需要提供一种新型髋臼后壁后柱骨折的内固定系统。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种在整体上符合髋臼后壁后柱骨折解剖特征的内固定系统的设计方法及其装置，充分利用逆向工程技术模拟出髋臼后壁后柱表面形态，在此基础上应用计算机辅助设计技术设计出的钢板底面结构，使其符合人体髋臼后壁后柱的表面解剖特征，且成形更加精准，结构更加稳定，其中髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法的具体技术方案如下：
一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：采用以下步骤，
步骤一：选取健康、不同性别的成人完整骨盆CT数据各100例，利用计算机进行骨盆三维模型重建；
步骤二：分别测量取得每个骨盆上髋臼缘最高点A至髋臼缘最低点B的弧形长度值AB；
步骤三：将所有髋臼弧形长度值AB进行算术平均，取得均值C，并选出弧形长度值AB与均值C相近的骨盆作为标准骨盆；
步骤四：将该标准骨盆转换为点云文件，利用计算机进行点云三角形网格化处理；
步骤五：应用计算机建立与髋臼后壁后柱位置对应的钢板基准面；
步骤六：以0.4mm为微调步距,调节控制点，使钢板基准面与髋臼后壁后柱的骨面解剖形状贴合；
步骤七：将钢板基准面拉厚，并在钢板上添加圆边和圆角特征；
步骤八：在钢板的内侧和中部添加长径为6mm，短径为4mm的椭圆形普通螺钉孔，在钢板的外侧部分，添加直径为2.7mm的圆形锁定螺钉孔。
其中内固定装置的具体方案一如下：
包括一体成型的固定钢板，该固定钢板为月牙形，该固定钢板两端分别向下弯曲，且所述固定钢板两端设置为圆弧形；
在所述固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在所述固定钢板的内侧和中部开设有椭圆形螺钉孔，在所述钢板的外侧开设有圆形锁定螺钉孔；
所述椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
任意所述圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角。
为更好的实现本结构，可进一步为：
所述固定钢板厚度为2.5mm。
进一步地：所述椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，所述圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。该固定钢板有性别差异，主要是钢板大小和螺钉分布在男女有差异。
其中内固定装置的具体方案二如下：
包括一体成型的固定钢板，该固定钢板为长条形；
该固定钢板两侧面中部分别设有向外凸的第一弧形结构和第二弧形结构；
该固定钢板两端设置为圆弧形，在所述固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在所述固定钢板中部和所述第一弧形结构上分别开设有椭圆形螺钉孔，在所述第二弧形结构上开设有圆形锁定螺钉孔；
所述椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
任意所述圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角。
为更好的实现本结构，可进一步为：
所述固定钢板厚度为2.5mm。
进一步地：所述椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，所述圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。该固定钢板有性别差异，主要是钢板大小和螺钉分布在男女有差异。
本发明的有益效果为：第一，本发明充分利用逆向工程技术模拟出髋臼后壁后柱表面形态，在此基础上应用计算机辅助设计技术设计出钢板底面结构，使其在整体上符合髋臼后壁后柱表面形态，且成形更加精准，结构更加稳定。根据骨折部位选择不同形状的钢板，固定时不需对钢板过多塑形，可明显缩短手术时间，避免内固定疲劳断裂。第二，本发明一体成型，钢板外侧有2.7mm锁定螺孔，可用于固定后壁较小骨折块，且钢板主体部分较宽，能覆盖髋臼后壁大部分面积，可提高内固定强度并阻挡骨折块向后移位。第三，本发明钢板上螺钉孔数量较多，分布范围广，术者可根据骨折线位置灵活选择螺钉孔进行固定，避免螺钉进入骨折线，防止内固定装置失效。
附图说明
图1为本发明方案一用于男性高位后壁后柱钢板结构示意图；
图2为本发明方案一用于女性高位后壁后柱钢板结构示意图；
图3为图1或者图2的使用状态图；
图4为本发明方案二用于男性非高位髋臼后壁后柱钢板结构示意图；
图5为本发明方案二用于女性非高位髋臼后壁后柱钢板结构示意图；
图6为图4或者图5的使用状态图；
图7为图1和图2中每个圆形锁定螺钉孔的位置分布；
图8为图1和图2中每个圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面的夹角；
图9为图4和图5中每个圆形锁定螺钉孔的位置分布；
图10为图4和图5中每个圆形锁定螺钉孔的轴向与水平面和冠状面的夹角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种髋臼后壁后柱的内固定系统设计方法，采用以下步骤，
步骤一：选取男性和女性的成人完整骨盆CT数据各100例，其中男性平均年龄为48.5岁，女性平均年龄为50.8岁，且排出骨盆髋臼骨折、肿瘤等病变，利用计算机进行骨盆三维模型重建，在本实施例中通过导入Mimics软件进行三维重建；
步骤二：分别测量取得每个骨盆上髋臼缘最高点A至髋臼缘最低点B的弧形长度值AB；
步骤三：将所有髋臼弧形长度值AB进行算术平均，取得均值C，并选出弧形长度值AB与均值C相近的骨盆作为标准骨盆；
步骤四：将该标准骨盆转换为点云文件，获得髋臼四边体的点云数据库，利用计算机进行点云三角形网格化处理，在本实施例中，先通过Mimics软件将该标准骨盆转换为点云文件，然后导入到Imageware软件进行点云三角形网格化处理；
步骤五：应用计算机建立与髋臼后壁后柱位置对应的钢板基准面，在本实施例中是通过Imageware软件进行操作；
步骤六：以0.4mm为微调步距,调节控制点，使钢板基准面与髋臼后壁后柱的解剖形状贴合，完成要求后，通过Imageware软件将文件转换为IGS格式；
步骤七：将钢板基准面拉厚，并在钢板上添加圆边和圆角特征，在本实施例中，将IGS格式导入UG软件中进行处理；
步骤八：在钢板的内侧和中部添加长径为6mm，短径为4mm的椭圆形普通螺钉孔，在钢板的外侧部分，添加直径为2.7mm的圆形锁定螺钉孔。
具体方案一如图1至图3所示：采用上述方法的内固定装置的具体方案一如下，包括一体成型的固定钢板，该固定钢板为月牙形，适合固定高位髋臼后壁骨折，该固定钢板两端分别向下弯曲，且固定钢板两端设置为圆弧形；
在固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在固定钢板的内侧和中部开设有椭圆形螺钉孔，在钢板的外侧开设有圆形锁定螺钉孔；
椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
每个圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角(见图8)。
该固定钢板厚度为2.5mm。
椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。
该固定钢板的安装使用状态如图3所示：该固定钢板的上部位于髋臼负重区部分，该固定钢板上端边缘距离髂前下棘2.0cm，上部外侧面距离髋臼外侧缘0.6cm。该固定钢板的中部位于髋臼后壁后柱部分，固定钢板中部边缘距髋臼外侧缘0.6cm，且男性钢板宽度为3.0cm，有两列2.7mm圆形锁定螺钉孔，女性钢板为2.5cm，有1列2.7mm圆形锁定螺钉孔，该钢板覆盖后壁后柱大部分区域。该固定钢板下部固定于坐骨结节部分，固定钢板下端部起始于髋臼下部扭转处延伸至坐骨结节，长度约为2.0cm，宽度为1.0cm。
具体方案二如图4至图6所示：采用上述方法的内固定装置的具体方案二如下，包括一体成型的固定钢板，该固定钢板为不规则长条形，适合固定非高位髋臼后壁后柱骨折；
该固定钢板两侧面中部分别设有向外凸的第一弧形结构和第二弧形结构；
该固定钢板两端设置为圆弧形，在固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在固定钢板中部和第一弧形结构上分别开设有椭圆形螺钉孔，在第二弧形结构上开设有圆形锁定螺钉孔；
所述椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
每个圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角(见图10)。
该固定钢板厚度为2.5mm。
上述椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。
具体方案二的安装使用状态如图6所示：该固定钢板的上部位于髂骨部分，臀上血管神经的外侧，始于髋臼后壁上缘，向髂骨延伸，钢板长约2.0cm，宽度为1.0cm。该固定钢板的中部位于髋臼后壁后柱部分，固定钢板中部边缘距髋臼外侧缘0.6cm，且男性钢板宽度为3.0cm，女性钢板为2.5cm，该钢板覆盖后壁后柱大部分区域。该固定钢板下部固设于坐骨结节部分，固定钢板下端部起始于髋臼后壁下部扭转处延伸至坐骨结节，长度约为2.0cm，宽度为1.0cm。

Claims (6)

1.一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：
采用以下步骤，
步骤一：选取健康、不同性别的成人完整骨盆CT数据各100例，利用计算机进行骨盆三维模型重建；
步骤二：分别测量每个骨盆上髋臼缘最高点A至髋臼缘最低点B的弧形长度值AB；
步骤三：将所有髋臼弧形长度值AB进行算术平均，取得均值C，并选出弧形长度值AB与均值C相近的骨盆作为标准骨盆；
步骤四：将该标准骨盆转换为点云文件，利用计算机进行点云三角形网格化处理；
步骤五：应用计算机建立与髋臼后壁后柱位置对应的钢板基准面；
步骤六：以0.4mm为微调步距,调节控制点，使钢板基准面与髋臼后壁后柱的骨面解剖形状贴合；
步骤七：将钢板基准面拉厚，并在钢板上添加圆边和圆角特征；
步骤八：在钢板的内侧和中部添加长径为6mm，短径为4mm的椭圆形普通螺钉孔，在钢板的外侧部分，添加直径为2.7mm的圆形锁定螺钉孔；
所述钢板的结构为，采用一体成型的固定钢板，该固定钢板为月牙形，该固定钢板两端分别向下弯曲，且所述固定钢板两端设置为圆弧形；
在所述固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在所述固定钢板的内侧和中部开设有椭圆形螺钉孔，在所述钢板的外侧开设有圆形锁定螺钉孔；
所述椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
任意所述圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角。
2.根据权利要求1所述一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：所述固定钢板厚度为2.5mm。
3.根据权利要求2所述一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：所述椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，所述圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。
4.采用权利要求1设计的一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：包括一体成型的固定钢板，该固定钢板为长条形；
该固定钢板两侧面中部分别设有向外凸的第一弧形结构和第二弧形结构；
该固定钢板两端设置为圆弧形，在所述固定钢板两侧面上均匀开设有弧形缺口；
在所述固定钢板中部和所述第一弧形结构上分别开设有椭圆形螺钉孔，在所述第二弧形结构上开设有圆形锁定螺钉孔；
所述椭圆形螺钉孔的轴向方向与固定钢板相垂直；
任意所述圆形锁定螺钉孔的轴向与人体水平面和冠状面有不同的夹角。
5.根据权利要求4所述一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：所述固定钢板厚度为2.5mm。
6.根据权利要求5所述一种髋臼后壁后柱骨折解剖内固定系统设计方法，其特征在于：所述椭圆形螺钉孔长径为6mm，短径为4mm，所述圆形锁定螺钉孔直径为2.7mm。
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