CN109124763B - 一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法 - Google Patents

一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法。包括如下步骤：S1、获取患者的相关数据；S2、数据比对：将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对，获取最接近的正常脊柱图像；S3、根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒。通过上述的个性化脊柱矫形棒的制作方法，将患者的相关数据和正常人体的骨骼数据比较，制作出来的脊柱矫形棒，更为适用患者实质的身体状况，相较于经验控制形状的矫形棒，本申请的制作方法得到的矫形棒的矫形效果好。解决了现有技术中存在的矫形棒的形状依赖于经验控制，矫形效果差的问题。

Description

一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法。
背景技术
脊柱侧凸、脊柱前凸、脊柱后凸是常见的脊柱畸形类型。脊柱侧凸矫形可通过旋棒技术进行矫形。脊柱前凸、脊柱后凸可通过压棒复位技术进行矫形。矫形效果的优劣依赖于棒的矢状面内的形状。目前，矫形棒的矢状面内形状，仅依赖于医生的感官经验从大体上进行控制，不能精确的控制最终矫形效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的矫形棒的形状依赖于经验控制，矫形效果差的问题，本发明提出一种个性化脊柱矫形棒及其制作方法，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：
一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，包括如下步骤：
S1、获取患者的相关数据；
S2、数据比对：将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对，获取最接近的正常脊柱图像；
S3、根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒。
通过上述的个性化脊柱矫形棒的制作方法，将患者的相关数据和正常人体的骨骼数据比较，制作出来的脊柱矫形棒，更为适用患者实质的身体状况，相较于经验控制形状的矫形棒，本申请的制作方法得到的矫形棒的矫形效果好。
进一步地，步骤S1中，所述相关数据包括基本数据和骨骼数据，所述基本数据包括患者的性别、年龄和体重；所述骨骼数据包括股骨长、骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状和胸1至腰5各椎体的矢状径、横径、高度。
进一步地，步骤S1中，所述骨骼数据获取的方法为：使用CT扫描患者骨骼，扫描范围包括股骨、锁骨、骶骨、胸椎第1节段至腰椎第5节段的脊柱，获得相应的骨骼数据。
进一步地，所述股骨长为两侧股骨的长度的平均值；CT扫描患者的骶骨，获得骶椎在矢状面内的图像，并对应生成第一外轮廓CAD图形；CT扫描患者的锁骨，获取两侧锁骨在横断面内的图像，并对应生成第二外轮廓CAD图形。
进一步地，步骤S2中，将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对的先后顺序为：性别、年龄、股骨长、体重和骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度；在患者的性别、年龄、股骨长、体重参数均符合对比要求的情况下，取骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的正常脊柱图像作为患者脊柱预测图像。
进一步地，比对年龄时，比对的年龄范围为：(患者年龄-3)-(患者年龄+3)；比对股骨长时，比对的股骨长范围为：(患者股骨长-30mm)-(患者股骨长+30mm)；比对体重时，比对的体重范围为：(患者体重-5kg)-(患者体重+5kg)。
进一步地，所述骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的判断方法为：
S21、获取骶椎矢状面形状与模型之间的差值：将第一外轮廓CAD图形的边界形成第一闭合曲线；将所述第一闭合曲线与数据库中的模型的骶椎矢状面对齐；在第一闭合曲线上取m个点S1、S2、...、Sm，m为大于1的正整数，计算出每个点到模型的骶椎矢状面的法线距离DS1、DS2、...、DSm，所述骶椎矢状面形状与模型之间的差值DS＝DS1+DS2+...+DSm；
S22、获取锁骨冠状面形状与模型之间的差值：将第二外轮廓CAD图形的边界形成第二闭合曲线；将第二闭合曲线与数据库中的模型的锁骨冠状面对齐；在第二闭合曲线上取n个点P1、P2、...、Pn，n为大于1的正整数，计算出每个点到模型的锁骨冠状面的法线距离DP1、DP2、...、DPm，所述锁骨冠状面形状与模型之间的差值DP＝DP1+DP2+...+DPm；
S23、获取胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值：将患者的胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与数据库中的模型作对比，分别求出矢状径差值绝对值D1、横径差值绝对值D2、高度差值绝对值D3，所述胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值DT＝D1+D2+D3；
S24、计算总差值D＝a*DS+b*Dp+c*DT，其中，a、b和c均为权重因子，且a、b和c均大于0；
S25、按照S21-S24计算得到与不同模型之间的总差值D，总差值D最小时对应的模型的正常人脊柱图像即为最接近的正常脊柱图像。
进一步地，步骤S3中，根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒包括：选取钛合金棒一根，按照获取的正常脊柱图像弯曲所述钛合金棒，制成个性化脊柱矫形棒。
进一步地，所述钛合金棒的直径为5.5mm，长度为500mm。
一种采用上述的制作方法制得的个性化脊柱矫形棒。
基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：
1.本发明的个性化脊柱矫形棒的制作方法，将患者的相关数据和正常人体的骨骼数据比较，制作出来的脊柱矫形棒，更为适用患者实质的身体状况，相较于经验控制形状的矫形棒，本申请的制作方法得到的矫形棒的矫形效果好；
2.本发明的个性化脊柱矫形棒的制作方法，患者的相关数据不仅包括患者的基本数据，还包括患者的骨骼数据，且患者的骨骼数据通过CT扫描获得，通过患者的基本数据和骨骼数据一起来获取最接近的正常脊柱图像，获取的正常脊柱图像更为符合患者的情况，制备的矫形棒的矫形效果也有所保障；
3.本发明的个性化脊柱矫形棒的制作方法，进一步限定了患者的基本数据和骨骼数据的具体内容，以及对各个数据的对比顺序，实现了对最接近的正常脊柱图像的多重筛选，确保了筛选的准确性；
4.本发明的个性化脊柱矫形棒的制作方法，进一步限定了患者每个数据的比较方法，并通过一定的计算和数值比较，筛选过程更为严谨；
5.本发明的个性化脊柱矫形棒，根据本申请的制作方法制得，考虑到人体的多个数据，获得的最接近的正常脊柱图像最符合患者的自身情况，根据最接近的正常脊柱图像制得的矫形棒可精确控制最终矫形效果，对患者的脊柱的矫形效果最佳；本发明的矫形棒采用钛合金棒，且具体限定钛合金棒的直径和长度，满足患者的校正要求。
附图说明
图1为本发明的个性化脊柱矫形棒的结构示意图；
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地说明。
本实施例公开了一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，包括如下步骤：
S1、获取患者的相关数据；
S2、数据比对：将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对，获取最接近的正常脊柱图像；
S3、根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒。
步骤S1中，相关数据包括基本数据和骨骼数据，其中，基本数据包括患者的性别、年龄和体重；骨骼数据包括股骨长、骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状和胸1至腰5各椎体的矢状径、横径、高度。具体地，骨骼数据可以通过使用CT扫描患者的骨骼获得，具体的扫描范围包括股骨、锁骨、骶骨、胸椎第1节段至腰椎第5节段的脊柱，获得股骨长、骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状和胸1至腰5各椎体的矢状径、横径、高度。
优选地，股骨长为两侧股骨的长度的平均值；进一步优选地，使用三维重建软件根据CT数据重建患者骨骼三维形状，测量出两侧股骨长并取平均值。优选地，CT扫描患者的骶骨，获得骶椎在矢状面内的图像，并对应生成第一外轮廓CAD图形，第一外轮廓CAD图形对应患者的骶椎矢状面形状；CT扫描患者的锁骨，获取两侧锁骨在横断面内的图像，并对应生成第二外轮廓CAD图形，第二外轮廓CAD图形对应患者的锁骨横断面形状。优选地，CT扫描时层片厚度为1mm。
步骤S2中，将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对的先后顺序为：性别、年龄、股骨长、体重和骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度；在患者的性别、年龄、股骨长、体重参数均符合对比要求的情况下，取骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的正常脊柱图像作为患者脊柱预测图像。
具体地，对比年龄时，患者的年龄范围取值为(患者年龄-3)-(患者年龄+3)，以此年龄范围作为比对的年龄范围和数据库中的正常人体骨骼数据进行比对，排除不符合此年龄范围的数据；对比股骨长时，患者的股骨长范围取值为(患者股骨长-30mm)-(患者股骨长+30mm)，以此股骨长范围作为比对的股骨长范围和数据库中的正常人体骨骼数据进行比对，排出不符合此股骨长范围的数据；对比体重时，患者的体重范围取值为(患者体重-5kg)-(患者体重+5kg)，以此体重范围作为比对的体重范围和数据库中的正常人体骨骼数据进行比对，排出不符合此体重范围的数据。
在患者的性别、年龄、股骨长、体重参数均符合对比要求的情况下，取骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的正常脊柱图像作为患者脊柱预测图像。骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的判断方法为：
S21、获取骶椎矢状面形状与模型之间的差值：将第一外轮廓CAD图形的边界形成第一闭合曲线；将第一闭合曲线与数据库中的模型的骶椎矢状面对齐；在第一闭合曲线上取m个点S1、S2、...、Sm，m为大于1的正整数，计算出每个点到模型的骶椎矢状面的法线距离DS1、DS2、...、DSm，骶椎矢状面形状与模型之间的差值DS＝DS1+DS2+...+DSm；
具体地，将第一闭合曲线与数据库中的模型的骶椎矢状面对齐包括如下步骤：
S211、找出第一闭合曲线上相隔最远的两个点Sa和Sb，找出两点连线Ls的中点Sm；
S212、找到模型的骶椎矢状面外轮廓上相隔最远的两个点Sa’和Sb’，找出两点连线Ls’的中点Sm’；
S213、将线Ls和线Ls’重合，且中点Sm和中点Sm’重合。
具体地，计算出每个点到模型的骶椎矢状面的法线距离包括如下步骤：以点S1到模型的骶椎矢状面的法线距离DS1为例，在点S1处做第一闭合曲线的法线，法线延伸与模型的骶椎矢状面的外轮廓相交，交点为S1’，DS1即为点S1到点S1’的距离。其它点对应的法线距离的计算方法与之相同。
优选地，每个点到模型的骶椎矢状面的法线距离DS1、DS2、...、DSm均大于等于0。
S22、获取锁骨冠状面形状与模型之间的差值：将第二外轮廓CAD图形的边界形成第二闭合曲线；将第二闭合曲线与数据库中的模型的锁骨冠状面对齐；在第二闭合曲线上取n个点P1、P2、...、Pn，n为大于1的正整数，计算出每个点到模型的锁骨冠状面的法线距离DP1、DP2、...、DPm，锁骨冠状面形状与模型之间的差值DP＝DP1+DP2+...+DPm；
具体地，将第二闭合曲线与数据库中的模型的锁骨冠状面对齐包括如下步骤：
S221、找出第二闭合曲线上相隔最远的两个点Pa和Pb，找出两点连线Lp的中点Pm；
S222、找到模型的锁骨冠状面外轮廓上相隔最远的两个点Pa’和Pb’，找出两点连线Lp’的中点Pm’；
S223、将线Lp和线Lp’重合，且中点Pm和中点Pm’重合。
具体地，计算出每个点到模型的锁骨冠状面的法线距离包括如下步骤：以点P1到模型的骶椎矢状面的法线距离DP1为例，在点P1处做第二闭合曲线的法线，法线延伸与模型的锁骨冠状面的外轮廓相交，交点为P1’，DP1即为点P1到点P1’的距离。其它点对应的法线距离的技算方法与之相同。
优选地，每个点到模型的锁骨冠状面的法线距离DP1、DP2、...、DPm均大于等于0。
S23、获取胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值：将患者的胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与数据库中的模型作对比，分别求出矢状径差值绝对值D1、横径差值绝对值D2、高度差值绝对值D3，胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值DT＝D1+D2+D3；优选地，矢状径差值绝对值D1为患者的胸1至腰5各椎体矢状径差值的绝对值之和；横径差值绝对值D2为患者的胸1至腰5各椎体横径差值的绝对值之和；高度差值绝对值D3为患者的胸1至腰5各椎体高度差值的绝对值之和。
S24、计算总差值D＝a*DS+b*Dp+c*DT，其中，a、b和c均为权重因子，且a、b和c均大于0；优选地，a＝0.5，b＝0.3，c＝1。
S25、按照S21-S24计算得到与不同模型之间的总差值D，总差值D最小时对应的模型的正常人脊柱图像即为最接近的正常脊柱图像。
步骤S3中，根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒包括：选取钛合金棒一根，按照获取的最接近的正常脊柱图像弯曲所述钛合金棒，制成个性化脊柱矫形棒。优选地，钛合金棒的直径为5.5mm，长度为500mm。
如图1所示，本实施例还提供了一种个性化脊柱矫形棒，通过上述的个性化脊柱矫形棒的制作方法制得。制得的个性化脊柱矫形棒通过椎弓根螺钉植入人体，对人体脊柱进行矫形。制得的个性化脊柱矫形棒，其矢面上的形状可以得到更为精确的控制，矫形效果更好。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取患者的相关数据，所述相关数据包括基本数据和骨骼数据，所述基本数据包括患者的性别、年龄和体重；所述骨骼数据包括股骨长、骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状和胸1至腰5各椎体的矢状径、横径、高度；
S2、数据比对：将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对，获取最接近的正常脊柱图像，将患者的相关数据和正常人体骨骼数据进行比对的先后顺序为：性别、年龄、股骨长、体重和骶椎矢状面形状、锁骨横断面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度；
S3、根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒；
所述骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的判断方法为：
S21、获取骶椎矢状面形状与模型之间的差值：将第一外轮廓CAD图形的边界形成第一闭合曲线；将所述第一闭合曲线与数据库中的模型的骶椎矢状面对齐；在第一闭合曲线上取m个点S1、S2、...、Sm，m为大于1的正整数，计算出每个点到模型的骶椎矢状面的法线距离DS1、DS2、...、DSm，所述骶椎矢状面形状与模型之间的差值DS＝DS1+DS2+...+DSm；
S22、获取锁骨冠状面形状与模型之间的差值：将第二外轮廓CAD图形的边界形成第二闭合曲线；将第二闭合曲线与数据库中的模型的锁骨冠状面对齐；在第二闭合曲线上取n个点P1、P2、...、Pn，n为大于1的正整数，计算出每个点到模型的锁骨冠状面的法线距离DP1、DP2、...、DPm，所述锁骨冠状面形状与模型之间的差值DP＝DP1+DP2+...+DPm；
S23、获取胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值：将患者的胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与数据库中的模型作对比，分别求出矢状径差值绝对值D1、横径差值绝对值D2、高度差值绝对值D3，所述胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据与模型之间的差值DT＝D1+D2+D3；
S24、计算总差值D＝a*DS+b*Dp+c*DT，其中，a、b和c均为权重因子，且a、b和c均大于0；
S25、按照S21-S24计算得到与不同模型之间的总差值D，总差值D最小时对应的模型的正常人脊柱图像即为最接近的正常脊柱图像。
2.如权利要求1所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述骨骼数据获取的方法为：使用CT扫描患者骨骼，扫描范围包括股骨、锁骨、骶骨、胸椎第1节段至腰椎第5节段的脊柱，获得相应的骨骼数据。
3.如权利要求1所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，所述股骨长为两侧股骨的长度的平均值；CT扫描患者的骶骨，获得骶椎在矢状面内的图像，并对应生成第一外轮廓CAD图形；CT扫描患者的锁骨，获取两侧锁骨在横断面内的图像，并对应生成第二外轮廓CAD图形。
4.如权利要求1所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，步骤S2中，在患者的性别、年龄、股骨长、体重参数均符合对比要求的情况下，取骶椎矢状面形状、锁骨冠状面形状、胸1至腰5各椎体矢状径、横径、高度数据最接近的正常脊柱图像作为患者脊柱预测图像。
5.如权利要求1所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，比对年龄时，比对的年龄范围为：(患者年龄-3)-(患者年龄+3)；比对股骨长时，比对的股骨长范围为：(患者股骨长-30mm)-(患者股骨长+30mm)；比对体重时，比对的体重范围为：(患者体重-5kg)-(患者体重+5kg)。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，步骤S3中，根据最接近的正常脊柱图像制作个性化脊柱矫形棒包括：选取钛合金棒一根，按照获取的最接近的正常脊柱图像弯曲所述钛合金棒，制成个性化脊柱矫形棒。
7.如权利要求6所述的一种个性化脊柱矫形棒的制作方法，其特征在于，所述钛合金棒的直径为5.5mm，长度为500mm。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的制作方法制得的个性化脊柱矫形棒。
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