CN108478317A - 一种个性化肘关节支具及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种个性化肘关节支具及其构建方法。本发明提供一种个性化肘关节支具模型的构建方法，并进一步通过所述构建方法构建获得个性化肘关节支具。本发明所提供的个性化肘关节支具通过大臂与小臂对肘关节起固定作用，另一方面利用CT重建病人的肱骨，桡骨和尺骨找出病人肘关节运动时真实的旋转轴，并在此基础上引入肘关节支具旋转运动时的铰链部分，此外，本发明所提供的支具引入了定位部分，由两根可伸缩的圆柱杆来指引支具的安装，其中靠近腕关节的圆柱杆与尺骨头相对齐，靠近肘关节的圆柱杆与鹰嘴突相对齐，从而可以使支具的固定位置更加准确、稳定。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种个性化肘关节支具及其构建方法。
背景技术
支具是一种置于身体外部的装置，使用支具的目的往往旨在限制身体的某些部位的某些运动，从而可以直接或者辅助进行一些治疗手段。对于支具的应用，在现阶段还是有很多不同的理解和看法，但是不可否认的是，想要支具发挥良好的作用，其具体的结构构造和设计方法是非常重要的因素。
肘关节支具顾名思义是应用于肘关节及周围身体部位的支具，对于肘关节支具而言，传统的肘关节支具仅通过固定大臂和小臂来实现肘关节的保护，一部分产品是完全固定，大臂与小臂没有相对转动，而另一部分产品虽能实现大臂与小臂的相对转动。但转动的轴线并不是病人肘关节的真实轴线。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种新的个性化肘关节支具及其构建方法，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种个性化肘关节支具模型的构建方法，包括：
1)建立手臂3D模型，所述手臂3D模型包括手臂表面3D模型和手臂骨骼3D模型；
2)以滑车切迹中心的开口方向建立铰链中心轴；
3)在手臂3D模型上选取第一初始区域和第二初始区域，所述第一初始区域覆盖小臂外侧表面，所述第二初始区域覆盖大臂外侧表面；
4)在第一初始区域内选择P1点和P2点，并形成向量P1P2，向量P1P2的延伸方向与小臂延伸方向一致且向量P1P2的延长线与铰链中心轴相交，在第二初始区域内选择P3点和P4点，并形成向量P3P4，向量P3P4的延伸方向与大臂延伸方向一致且向量P3P4的延长线与铰链中心轴相交；
5)通过五个以上的点将向量P1P2进行等分，并经向量P1P2上的各点在第一初始区域内形成向量P1P2的正交向量，将向量P1P2的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P1P2的各正交向量上的各点形成第一点集；
6)通过五个以上的点将向量P3P4进行等分，并经向量P3P4上的各点在第二初始区域内形成向量P3P4的正交向量，将向量P3P4的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P3P4的各正交向量上的各点形成第二点集；
7)分别利用第一点集和第二点集进行Bezier曲面拟合获得小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面；
8)分别以小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面为基础构建小臂支具和大臂支具的实体形状；
9)分别在小臂支具和大臂支具上设置贯穿支具的透气孔，分别在小臂支具和大臂支具的侧面边缘设置固定槽；
10)在小臂支具的外表面设置腕关节定位装置和肘关节定位装置，所述腕关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第一导杆固定件和可以自第一导杆固定件伸缩的第一指引导杆，所述第一指引导杆的伸缩方向指向手臂的鹰嘴突，所述肘关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第二导杆固定件和可以自第二导杆固定件伸缩的第二指引导杆，所述第二指引导杆的伸缩方向指向手臂的尺骨茎突；
11)在小臂支具和大臂支具之间构建回转铰链，所述小臂支具和大臂支具分别与回转铰链连接且可以各自以铰链中心轴为中心转动。
在本发明一些实施方式中，基于CT建立手臂3D模型。
在本发明一些实施方式中，P1点位于第一初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为50-100mm。
在本发明一些实施方式中，P2点位于第一初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为220-250mm。
在本发明一些实施方式中，P3点位于第二初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为30-50mm。
在本发明一些实施方式中，P4点位于第二初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为170-200mm。
在本发明一些实施方式中，小臂支具和/或大臂支具的厚度为2-4mm。
在本发明一些实施方式中，透气孔均匀分布于小臂支具和/或大臂支具上。
在本发明一些实施方式中，透气孔的孔径为5-7mm，间距为10-30mm。
在本发明一些实施方式中，固定槽沿支具的边缘延伸，固定槽的宽度为10-20mm，长度为50-55mm，每一侧固定槽的数量≥2。
在本发明一些实施方式中，至少部分的回转铰链的内侧贴合与手臂的手肘表面。
在本发明一些实施方式中，回转铰链包括圆柱形基座，所述圆柱形基座的侧壁上设有沿侧壁的圆周方向延伸的轨道，回转铰链还包括分别与小臂支具和大臂支具连接的第一连接件和第二连接件，第一连接件包括互相连接的第一滑动部和第一连接部，第二连接件包括互相连接的第二滑动部和第二连接部，第一滑动部和第二滑动部分别嵌入轨道中，第一连接部和第二连接部分别与小臂支具和大臂支具连接。
在本发明一些实施方式中，所述第一导杆固定件位于小臂支具的前部。
在本发明一些实施方式中，所述第二导杆固定件位于小臂支具的后部。
在本发明一些实施方式中，导杆固定件在支具外侧表面的投影位于曲面内，导杆固定件可以完全容纳指引导杆。
本发明第二方面提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被执行时可以实现如上所述的个性化肘关节支具模型的构建方法。
本发明第三方面提供一种个性化肘关节支具的构建方法，包括：由如上所述的个性化肘关节支具模型的构建方法构建获得模型，依据模型构建个性化肘关节支具。
在本发明一些实施方式中，通过SLA构建个性化肘关节支具。
本发明第四方面提供一种个性化肘关节支具，由如上所述的个性化肘关节支具的构建方法构建获得。
本发明第五方面提供一种个性化肘关节支具，所述个性化肘关节支具所述包括：用于贴合小臂外侧的小臂支具和用于贴合大臂外侧的大臂支具，所述小臂支具和大臂支具之间设有回转铰链，所述小臂支具和大臂支具分别与回转铰链连接且可以各自围绕回转铰链转动，所述小臂支具和大臂支具上设置贯穿支具的透气孔，所述小臂支具和大臂支具的侧面边缘设有固定槽，所述小臂支具的外表面设有腕关节定位装置和肘关节定位装置，所述腕关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第一导杆固定件和可以自第一导杆固定件伸缩的第一指引导杆，所述第一指引导杆的伸缩方向指向手臂的鹰嘴突，所述肘关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第二导杆固定件和可以自第二导杆固定件伸缩的第二指引导杆，所述第二指引导杆的伸缩方向指向手臂的尺骨茎突。
在本发明一些实施方式中，小臂支具和/或大臂支具的厚度为2-4mm。
在本发明一些实施方式中，透气孔均匀分布于小臂支具和/或大臂支具上。
在本发明一些实施方式中，透气孔的孔径为5-7mm，间距为10-30mm。
在本发明一些实施方式中，固定槽位于支具的侧面且沿支具的边缘延伸，且延伸方向与手臂的延伸方向一致，固定槽的宽度为10-20mm，长度为50-55mm，支具每一侧固定槽的数量≥2。
在本发明一些实施方式中，回转铰链包括圆柱形基座，所述圆柱形基座的侧壁上设有沿侧壁的宽度方向延伸的轨道，还包括分别与小臂支具和大臂支具连接的第一连接件和第二连接件，第一连接件包括互相连接的第一滑动部和第一连接部，第二连接件包括互相连接的第二滑动部和第二连接部，第一滑动部和第二滑动部分别嵌入轨道中，第一连接部和第二连接部分别与小臂支具和大臂支具连接。
在本发明一些实施方式中，至少部分的回转铰链的内侧可以贴合于手臂的手肘表面。
在本发明一些实施方式中，所述第二导杆固定件位于小臂支具的前部。
在本发明一些实施方式中，所述第一导杆固定件位于小臂支具的后部。
在本发明一些实施方式中，导杆固定件在支具外侧表面的投影位于曲面内。
在本发明一些实施方式中，导杆固定件可以完全容纳指引导杆。
附图说明
图1显示为本发明个性化肘关节支具的整体结构示意图。
图2显示为本发明小臂支具构建过程示意图。
图3显示为本发明透气孔构建过程示意图。
图4显示为本发明固定槽构建过程示意图。
图5显示为本发明回转铰链构建过程示意图。
图6显示为本发明腕关节定位装置和肘关节定位装置构建过程示意图。
图7显示为本发明使用示意图。
元件标号说明
1 小臂支具
2 大臂支具
3 回转铰链
31 圆柱形基座
32 轨道
33 第一连接件
331 第一滑动部
332 第一连接部
34 第二连接件
341 第二滑动部
342 第二连接部
4 透气孔
41 小臂支具透气孔
42 大臂支具透气孔
5 固定槽
51 小臂支具固定槽
52 大臂支具固定槽
6 腕关节定位装置
61 第一导杆固定件
62 第一指引导杆
7 肘关节定位装置
71 第二导杆固定件
72 第二指引导杆
具体实施方式
本发明发明人经过大量实践，提供了一种个性化肘关节支具及其构建方法，所述个性化肘关节支具可以更好地通过大臂与小臂对肘关节起固定作用，在此基础上完成了本发明。
本发明一方面提供一种个性化肘关节支具模型的构建方法，所述构建方法可以包括：建立手臂3D模型，所述手臂3D模型包括手臂表面3D模型和手臂骨骼3D模型。建立手臂3D模型的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以基于CT建立手臂3D模型，所使用的软件可以是Medraw、Mimics、3D Slicer等。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：以滑车切迹中心的开口方向建立铰链中心轴，所述滑车切迹通常是指尺骨上端半圆形深凹结构，所述滑车切迹中心的开口方向通常与滑车切迹中心相切的平面的垂线是重合的。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：在手臂3D模型上选取第一初始区域和第二初始区域，所述第一初始区域通常尽量覆盖小臂外侧表面，所述小臂外侧通常指手臂处于放松状态且手心水平向内时小臂的外侧区域，所述第二初始区域通常尽量覆盖大臂外侧表面，所述大臂外侧通常指手臂处于放松状态且手心水平向内时大臂的外侧区域。通常来说，在3D手臂的3D模型中，本领域技术人员可根据模型的实际情况，基本确定手臂外侧的区域。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：在第一初始区域内选择P1点和P2点，并形成向量P1P2，向量P1P2的延伸方向与小臂延伸方向一致且向量P1P2的延长线与铰链中心轴相交，在第二初始区域内选择P3点和P4点，并形成向量P3P4，向量P3P4的延伸方向与大臂延伸方向一致且向量P3P4的延长线与铰链中心轴相交。小臂延伸方向通常指自手肘至手腕的方向，大臂的延伸方向通常指自肩膀至手肘的方向。对于向量P1P2而言，P1点位于第一初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为50-100mm，P2点位于第一初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为220-250mm。对于向量P3P4而言，P3点位于第二初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为170-200mm，P4点位于第二初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为30-50mm。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：通过五个以上的点将向量P1P2进行等分，并经向量P1P2上的各点在第一初始区域内形成向量P1P2的正交向量，将向量P1P2的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P1P2的各正交向量上的各点形成第一点集。对向量P1P2进行等分时，分别以点P1和点P2为端点，例如，以五个点进行等分时，可以将向量P1P2等分为三段。对向量P1P2的各正交向量进行等分时，其中两个点为正交向量的端点，即正交向量与第一区域边缘的交点，例如，以五个点进行等分时，可以将向量P1P2各正交向量分为三段。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：通过五个以上的点将向量P3P4进行等分，并经向量P3P4上的各点在第二初始区域内形成向量P3P4的正交向量，将向量P3P4的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P3P4的各正交向量上的各点形成第二点集。对向量P3P4进行等分时，分别以点P3和点P4为端点，例如，以五个点进行等分时，可以将向量P3P4等分为三段。对向量P3P4的各正交向量进行等分时，其中两个点为正交向量的端点，即正交向量与第二区域边缘的交点，例如，以五个点进行等分时，可以将向量P3P4各正交向量分为三段。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：分别利用第一点集和第二点集进行Bezier曲面拟合获得小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面，小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面通常会尽量贴合与其对应的小臂表面和大臂表面。Bezier曲面拟合的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以通过OpenCascade软件实现Bezier曲面拟合。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：分别以小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面为基础构建小臂支具和大臂支具的实体形状。以曲面为基础向外侧延伸(即反向于手臂表面的方向)，即可以形成小臂支具和大臂支具的实体形状，小臂支具和/或大臂支具的厚度通常可以为2-4mm。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：分别在小臂支具和大臂支具上设置贯穿支具的透气孔，分别在小臂支具和大臂支具的侧面边缘设置固定槽。透气孔通常均匀分布于小臂支具和/或大臂支具上，透气孔的孔径可以为5-7mm，间距可以为10-30mm，透气孔之间的间距通常指两个透气孔中心之间的距离。固定槽通常可以沿支具的边缘延伸(即通常位于支具的侧面边缘，支具的侧面的延伸方向基本与手臂的延伸方向一致)，且延伸方向与手臂的延伸方向通常基本一致，固定槽的宽度可以为10-20mm，长度可以为50-55mm，每一侧固定槽的数量≥2，固定槽的存在主要可以使支具处于合适的位置以后，进一步通过其他辅助用具(例如，绑带等)进一步固定支具，避免支具的移动。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：在小臂支具的外表面设置腕关节定位装置和肘关节定位装置，所述腕关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第一导杆固定件和可以自第一导杆固定件伸缩的第一指引导杆，所述第一指引导杆的伸缩方向指向手臂的鹰嘴突，所述肘关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第二导杆固定件和可以自第二导杆固定件伸缩的第二指引导杆，所述第二指引导杆的伸缩方向指向手臂的尺骨茎突。所述第二导杆固定件位于小臂支具的前部(即小臂支具靠近手腕的部分)，所述第一导杆固定件位于小臂支具的后部(即小臂支具靠近手肘的部分)，以便于指引导杆指向其对应的设计部位。导杆固定件在支具外侧表面的投影(投影方向通常垂直于支具表面)通常位于曲面内，以防止导杆固定件不必要的碰撞。导杆固定件可以完全容纳指引导杆，从而可以使可伸缩的指引导杆完全缩入导杆固定件内，指引导杆可以被固定于导杆固定件内，从而在需要的时候，可以防止指引导杆滑出导杆固定件。
本发明所提供的个性化肘关节支具模型的构建方法还可以包括：在小臂支具和大臂支具之间构建回转铰链，所述小臂支具和大臂支具分别与回转铰链连接且可以各自以铰链中心轴为中心转动。回转铰链的形状和结构没有特殊限制，可以是本领域各种能够实现上述运动方式的装置结构，至少部分的回转铰链的内侧可以贴合于手臂的手肘表面。例如，回转铰链可以包括圆柱形基座，所述圆柱形基座的侧壁上设有沿侧壁的圆周方向(即基本垂直于圆柱形基座轴线的方向)延伸的轨道，还包括分别与小臂支具和大臂支具连接的第一连接件和第二连接件，第一连接件包括互相连接的第一滑动部和第一连接部，第二连接件包括互相连接的第二滑动部和第二连接部，第一滑动部和第二滑动部分别嵌入轨道中，从而可以沿轨道滑动，第一连接部和第二连接部分别与小臂支具和大臂支具连接，从而可以带动小臂支具和大臂支具相对于圆柱形基座转动。
本发明另一方面提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被执行时可以实现如上所述的个性化肘关节支具模型的构建方法，从而可以通过如上所述的构建方法构建获得个性化肘关节支具模型。
本发明另一方面提供一种个性化肘关节支具的构建方法，包括：由如上所述的个性化肘关节支具模型的构建方法构建获得模型，依据模型构建个性化肘关节支具。
本发明所提供的个性化肘关节支具的构建方法中，根据模型以实现实体支具的构建方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以通过SLA构建个性化肘关节支具。
本发明另一方面提供一种个性化肘关节支具，所述个性化肘关节支具所述包括：用于贴合小臂外侧的小臂支具1和用于贴合大臂外侧的大臂支具2，所述小臂支具1和大臂支具2之间设有回转铰链3，至少部分的回转铰链3的内侧可以贴合与手臂的手肘表面，从而可以将回转铰链3与手肘之间的位置相对确定，所述小臂支具1和大臂支具2分别与回转铰链3连接且可以各自围绕回转铰链3转动，从而可以方便手臂的活动，所述小臂支具1和大臂支具2上设置贯穿支具的透气孔4，从而当支具贴合于手臂时可以便于支具内侧的透气，例如，可以包括位于小臂支具上的小臂支具透气孔41和位于大臂支具上的大臂支具透气孔42，所述小臂支具1和大臂支具2的侧面边缘设有固定槽5，从而可以通过固定槽辅助支具的定位，辅助支具定位时可以使用绑带等，例如，可以包括位于小臂支具上的小臂支具固定槽51和位于大臂支具上的大臂支具固定槽52，所述小臂支具1的外表面设有腕关节定位装置6和肘关节定位装置7，所述腕关节定位装置6包括位于小臂支具1的外表面的第一导杆固定件61和可以自第一导杆固定件61伸缩的第一指引导杆62，所述第一指引导杆62的伸缩方向指向手臂的鹰嘴突，所述肘关节定位装置7包括位于小臂支具1的外表面的第二导杆固定件71和可以自第二导杆固定件71伸缩的第二指引导杆72，所述第二指引导杆72的伸缩方向指向手臂的尺骨茎突，从而可以通过腕关节定位装置6和肘关节定位装置7进一步准确地对小臂支具1的位置进行调整。
本发明所提供的个性化肘关节支具，可以由如上所述的个性化肘关节支具的构建方法构建获得。具体可以先构建个性化肘关节支具模型，从而进一步通过个性化肘关节支具模型构建个性化肘关节支具。
本发明所提供的个性化肘关节支具中，本领域技术人员通常可以根据支具使用者的情况调整支具的大小和尺寸，例如，小臂支具1的内表面的面积可以是6000-12000mm2，大臂支具2的内表面的面积可以是7000-14400mm2，所述小臂支具1和/或大臂支具2的厚度通常可以为2-4mm，从而可以在便于使用的同时保证支具具有一定的强度。所述透气孔4通常均匀分布于小臂支具1和/或大臂支具2上，从而可以保证透气效果，例如，透气孔4的形状可以为圆柱形，透气孔4的孔径可以为5-7mm，间距可以为10-30mm，所述固定槽5通常位于支具的侧面(支具的侧面通常指与手臂的延伸方向相一致的支具的一侧)且沿支具的边缘延伸，且槽的延伸方向通常与手臂延伸方向基本一致，从而便于通过其他辅助器械(例如，绑带)对支具进行固定，固定槽5的宽度可以为10-20mm，长度可以为50-55mm，支具每一侧固定槽5的数量可以≥2，从而可以通过多个固定槽5进行固定，使支具更加稳定。
本发明所提供的个性化肘关节支具中，回转铰链3可以包括中空的圆柱形基座31，圆柱形基座31的内侧(圆柱形的底面)可以贴合于手臂的手肘的皮肤或手肘周围的皮肤，手肘的最突出的部位可以位于圆柱形基座31的中空部分内，从而更好地对手肘进行保护。本领域技术人员通常可以根据支具使用者的情况调整圆柱形基座31的大小和尺寸，例如，圆柱形基座31的内径可以是20-30mm，外径可以是40-60mm，厚度可以是20-25mm。所述圆柱形基座31的侧壁上设有沿侧壁的宽度方向延伸的轨道32，还包括分别与小臂支具1和大臂支具2连接的第一连接件33和第二连接件34，第一连接件33和第二连接件34分别嵌入轨道中，从而可以使小臂支具1和大臂支具2沿轨道滑动。具体来说，所述第一连接件33包括互相连接的第一滑动部331和第一连接部332，所述第二连接件34包括互相连接的第二滑动部341和第二连接部342，滑动部可以嵌入轨道中，连接部分别与小臂支具1和大臂支具2连接且可以沿轨道32滑动，从而可以带动小臂支具1和大臂支具2的转动。
本发明所提供的个性化肘关节支具中，所述第一导杆固定件61位于小臂支具1的前部小臂支具靠近手腕的部分，所述第二导杆固定件62位于小臂支具1的后部小臂支具靠近手肘的部分，从而可以使引导杆更靠近需要对应的位置。导杆固定件在支具外侧表面的投影(投影方向垂直于支具表面)位于曲面内，以尽量避免导杆固定件带来不必要的干扰，导杆固定件可以完全容纳指引导杆，通常来说，指引导杆可以完全缩入导杆固定件内，从而可以在定位后尽量减小定位装置所占的空间，例如，导杆固定件可以是中空的圆柱体，其中空的空间也可以是圆柱体，圆柱体的内径可以是3-5mm，外径可以是4-7mm，长度可以是50mm-70mm，指引导杆可以是与导杆固定件的中空空间形状相对应的圆柱体，指引导杆可以位于导杆固定件的中空空间内并进行伸缩。指引导杆可以被固定于导杆固定件内，从而可以在需要时使指引导杆稳定地位于导杆固定件内，实现固定的方式对于本领域技术人员来说是已知的，例如，可以在指引导杆的一端(通常为移动时较先伸出导杆固定件的一端)设置突出部，在导杆固定件的一端(通常为当指引导杆完全位于导杆固定件内时，与指引导杆上的突出部的位置相对应的一端)可以设有卡槽，当突出部卡入卡槽内时，即可将指引导杆固定于导杆固定件内。
本发明所提供的个性化肘关节支具中，个性化肘关节支具可以通过SLA构建获得，构成个性化肘关节支具的材料可以是双酚A(表氯醇)环氧树脂等。
本发明所提供的个性化肘关节支具通过大臂与小臂对肘关节起固定作用，另一方面利用CT重建病人的肱骨，桡骨和尺骨找出病人肘关节运动时真实的旋转轴，并在此基础上引入肘关节支具旋转运动时的铰链部分。此外，为了使病人佩戴后铰链处于正确的位置，本发明所提供的支具引入了定位部分，由两根可伸缩的圆柱杆来指引支具的安装，其中靠近腕关节的圆柱杆与尺骨头相对齐，靠近肘关节的圆柱杆与鹰嘴突相对齐，两者位置对齐后，支具的位置就确定下来，再通过小臂与大臂上的开口槽固定支具，从而可以使支具的固定位置更加准确、稳定。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
个性化肘关节的模型构建主要包括四个部分，分别是铰链部分的设计、小臂部分的设计、定位部分的设计以及大臂部分的设计，小臂与大臂的设计步骤相同，现以小臂设计过程做算法阐述。
首先在基于CT重建的皮肤模型(可将CT导入Medraw，Mimics或是3D Slicer中进行阈值分割，区域填充和三维重建，即可获得重建的皮肤模型)上选取一片初始区域，该区域尽量覆盖小臂外侧表面(小臂外侧通常指手臂处于放松状态且手心水平向内时，小臂的外侧区域)，该区域为支具小臂部分的构建基本面，然后选择起始两点P1和P2，P1点位于第一初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为50-100mm，P2点位于第一初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为220-250mm，P3点位于第二初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为170-200mm，P4点位于第二初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为30-50mm。向量P1P2的延伸方向与小臂延伸方向基本一致且向量P1P2的延长线与铰链中心轴相交，将向量P1P2三等分，经过各等分点和端点在初始区域上形成向量P1P2的五个正交向量，将各正交向量通过5个点三等分，将各正交向量上的等分点形成空间点集P(P＝{tij|1≤i≤5,1≤j≤5})，利用该点集进行Bezier曲面拟合得到小臂曲面S，构建方法如图2所示。
通过类似的方法，在基于CT重建的皮肤模型上选取一片初始区域，该区域尽量覆盖大臂外侧表面(大臂外侧通常指手臂处于放松状态且手心水平向内时，大臂的外侧区域)，该区域为支具大臂部分的构建基本面，然后选择起始两点P3和P4，向量P3P4的延伸方向与大臂延伸方向基本一致且向量P3P4的延长线与铰链中心轴相交，将向量P3P4三等分，经过各等分点和端点在初始区域上形成向量P3P4的五个正交向量，将各正交向量通过5个点三等分，将各正交向量上的等分点形成空间点集P’，利用该点集进行Bezier曲面拟合得到大臂曲面S’。
在此基础上，分别向S曲面和S’曲面偏移3mm的距离构建小臂和大臂初始实体形状。在曲面S和S’曲面上，均匀生成圆柱体(即透气孔)，用于减轻支具重量以及实现支具的透气性，透气孔的孔间距为10-30mm，透气孔的半径为3mm的圆柱，构建结果如图3所示。
在小臂和大臂初始实体形状的边缘生成的四个固定开口槽，槽的延伸方向与手臂延伸方向基本一致，开口槽的尺寸为宽度10mm、长度50mm，实现槽的生成如图4所示。
铰链的设计如下：第一部分为导轨，绕肘关节中心轴做旋转运动；另一部分为基座，为导轨旋转的轨道，铰链的最终设计如图5所示，基座的内径为20mm，外径为64mm，厚度为20mm。连接件包括互相连接的滑动部和连接部，滑动部嵌入轨道中，连接部分别与小臂支具和大臂支具连接且可以沿轨道滑动，滑动部在铰链周向的可滑动角度大小为70°，滑动部的厚度为5mm，滑动部嵌入轨道中的部分按扇形区域的径向长度(自圆柱形基座边缘至其中心的方向为径向)为19mm。连接部的宽度为30-40mm,长度为30-60mm(与手臂延伸方向相一致的方向为连接部的长度方向)，厚度可以为7-8mm，与滑动部、支具相连的部分分别与滑动部、支具相配合，两者通过OpenCascade放样光滑连接。
定位部分由两个构件组成，分为肘关节构件和腕关节构件。两个构件的设计方法相一致，如图6所示，构成可伸缩的导杆，导杆的在长度方向需分别指向尺骨头和鹰嘴突。将导杆缩回时，需将固定部分所在的长方形缺口对齐，再旋转导杆，即可防止导杆滑出，需伸出时，同样需要旋转导杆，使两部分长方形对齐，即可伸出导杆，如图7所示。最后，将生成的小臂部分、大臂部分、铰链以及定位部分整合即可得到个性化的肘关节支具模型，利用SLA光敏树脂打印机打印成型。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种个性化肘关节支具模型的构建方法，包括：
1)建立手臂3D模型，所述手臂3D模型包括手臂表面3D模型和手臂骨骼3D模型；
2)以滑车切迹中心的开口方向建立铰链中心轴；
3)在手臂3D模型上选取第一初始区域和第二初始区域，所述第一初始区域覆盖小臂外侧表面，所述第二初始区域覆盖大臂外侧表面；
4)在第一初始区域内选择P1点和P2点，并形成向量P1P2，向量P1P2的延伸方向与小臂延伸方向一致且向量P1P2的延长线与铰链中心轴相交，在第二初始区域内选择P3点和P4点，并形成向量P3P4，向量P3P4的延伸方向与大臂延伸方向一致且向量P3P4的延长线与铰链中心轴相交；
5)通过五个以上的点将向量P1P2进行等分，并经向量P1P2上的各点在第一初始区域内形成向量P1P2的正交向量，将向量P1P2的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P1P2的各正交向量上的各点形成第一点集；
6)通过五个以上的点将向量P3P4进行等分，并经向量P3P4上的各点在第二初始区域内形成向量P3P4的正交向量，将向量P3P4的各正交向量通过五个以上的点进行等分，以向量P3P4的各正交向量上的各点形成第二点集；
7)分别利用第一点集和第二点集进行Bezier曲面拟合获得小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面；
8)分别以小臂支具内侧曲面和大臂支具内侧曲面为基础构建小臂支具和大臂支具的实体形状；
9)分别在小臂支具和大臂支具上设置贯穿支具的透气孔，分别在小臂支具和大臂支具的侧面边缘设置固定槽；
10)在小臂支具的外表面设置腕关节定位装置和肘关节定位装置，所述腕关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第一导杆固定件和可以自第一导杆固定件伸缩的第一指引导杆，所述第一指引导杆的伸缩方向指向手臂的鹰嘴突，所述肘关节定位装置包括位于小臂支具的外表面的第二导杆固定件和可以自第二导杆固定件伸缩的第二指引导杆，所述第二指引导杆的伸缩方向指向手臂的尺骨茎突；
11)在小臂支具和大臂支具之间构建回转铰链，所述小臂支具和大臂支具分别与回转铰链连接且可以各自以铰链中心轴为中心转动。
2.如权利要求1所述的个性化肘关节支具模型的构建方法，其特征在于，基于CT建立手臂3D模型；
P1点位于第一初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为50-100mm；
P2点位于第一初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为220-250mm；
P3点位于第二初始区域远离手肘一侧，与铰链中心轴的距离为30-50mm；
P4点位于第二初始区域靠近手肘一侧，与铰链中心轴的距离为170-200mm。
3.如权利要求1所述的个性化肘关节支具模型的构建方法，其特征在于，小臂支具和/或大臂支具的厚度为2-4mm，透气孔均匀分布于小臂支具和/或大臂支具上，透气孔的孔径为5-7mm，间距为10-30mm，固定槽沿支具的边缘延伸，且延伸方向与手臂的延伸方向一致，固定槽的宽度为10-20mm，长度为50-55mm，每一侧固定槽的数量≥2。
4.如权利要求1所述的个性化肘关节支具模型的构建方法，其特征在于，至少部分的回转铰链的内侧贴合于手臂的手肘表面，回转铰链包括圆柱形基座，所述圆柱形基座的侧壁上设有沿侧壁的圆周方向延伸的轨道，还包括分别与小臂支具和大臂支具连接的第一连接件和第二连接件，第一连接件包括互相连接的第一滑动部和第一连接部，第二连接件包括互相连接的第二滑动部和第二连接部，第一滑动部和第二滑动部分别嵌入轨道中，第一连接部和第二连接部分别与小臂支具和大臂支具连接。
5.如权利要求1所述的个性化肘关节支具模型的构建方法，其特征在于，所述第二导杆固定件位于小臂支具的前部，所述第一导杆固定件位于小臂支具的后部，导杆固定件在支具外侧表面的投影位于曲面内，导杆固定件可以完全容纳指引导杆。
6.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被执行时可以实现如权利要求1-5任一权利要求所述的个性化肘关节支具模型的构建方法。
7.一种个性化肘关节支具的构建方法，包括：由权利要求1-5任一权利要求所述的个性化肘关节支具模型的构建方法构建获得模型，依据模型构建个性化肘关节支具。
8.一种个性化肘关节支具，由权利要求7所述的个性化肘关节支具的构建方法构建获得。
9.一种个性化肘关节支具，其特征在于，包括用于贴合小臂外侧的小臂支具(1)和用于贴合大臂外侧的大臂支具(2)，所述小臂支具(1)和大臂支具(2)之间设有回转铰链(3)，所述小臂支具(1)和大臂支具(2)分别与回转铰链(3)连接且可以各自围绕回转铰链(3)转动，至少部分的回转铰链(3)的内侧可以贴合于手臂的手肘表面，所述小臂支具(1)和大臂支具(2)上设置贯穿支具的透气孔(4)，所述小臂支具(1)和大臂支具(2)的侧面边缘设有固定槽(5)，所述小臂支具(1)的外表面设有腕关节定位装置(6)和肘关节定位装置(7)，所述腕关节定位装置(6)包括位于小臂支具(1)的外表面的第一导杆固定件(61)和可以自第一导杆固定件(61)伸缩的第一指引导杆(62)，所述肘关节定位装置(7)包括位于小臂支具(1)的外表面的第二导杆固定件(71)和可以自第二导杆固定件(71)伸缩的第二指引导杆(72)。
10.如权利要求9所述的个性化肘关节支具，其特征在于，还包括如下技术特征中的一个或多个：
A1)小臂支具(1)和/或大臂支具(2)的厚度为2-4mm；
A2)透气孔(4)均匀分布于小臂支具(1)和/或大臂支具(2)上；
A3)透气孔(4)的孔径为5-7mm，间距为10-30mm；
A4)固定槽(5)位于支具的侧面且沿支具的边缘延伸，且延伸方向与手臂的延伸方向一致，固定槽(5)的宽度为10-20mm，长度为50-55mm，支具每一侧固定槽的数量≥2；
A5)回转铰链(3)包括中空的圆柱形基座(31)，所述圆柱形基座(31)的侧壁上设有沿侧壁的宽度方向延伸的轨道(32)，回转铰链(3)还包括分别与小臂支具(1)和大臂支具(2)连接的第一连接件(33)和第二连接件(34)，第一连接件(33)包括互相连接的第一滑动部(331)和第一连接部(332)，第二连接件(34)包括互相连接的第二滑动部(341)和第二连接部(342)，第一滑动部(331)和第二滑动部(341)分别嵌入轨道中，第一连接部(332)和第二连接部(342)分别与小臂支具(1)和大臂支具(2)连接；
A6)所述第二导杆固定件(71)位于小臂支具(1)的前部；
A7)所述第一导杆固定件(61)位于小臂支具(1)的后部；
A8)导杆固定件在支具外侧表面的投影位于曲面内；
A9)导杆固定件可以完全容纳指引导杆。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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