CN110192945B - 嵌甲矫正板制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌甲矫正板制作方法，先对患指末节进行三维扫描，将扫描的影像导入建模软件，生成患指末节的三维模型，然后通过分析患指末节的三维模型，结合嵌甲的厚度，移除嵌甲之外的模型数据，得出嵌甲的三维模型，根据嵌甲的模型计算得出矫正板的三维模型，输入矫正板模型厚度，确定最终的矫正板模型，根据矫正板模型制作矫正板。根据矫正板的三维模型制作矫正板，制作出的矫正板与嵌甲适配度较高。

Description

嵌甲矫正板制作方法

技术领域

本发明涉及嵌甲矫正板制作方法。

背景技术

矫正板可以广泛的应用于嵌甲的外科临床治疗。适用于各种年龄与性别的患者，以及各个不同指甲的嵌甲治疗，具体包括甲沟炎、甲沟皮肤屏障受损、甲床外伤等情况损伤或者遗传造成的指甲畸形、患者不科学修剪指甲造成的甲沟压迫、指甲感染或存在感染史造成的指甲和甲床发育生长障碍、全身性皮肤病如溃疡等造成的甲沟支撑性障碍等，都可通过安装佩戴矫正板对患甲进行矫形和固定，改善对甲沟的压迫，美化患甲形状，减轻患者痛苦，能够达到治愈嵌甲临床效果。

嵌甲患者因多种因素造成的甲侧缘嵌入甲沟，容易继发感染，引起急慢性甲沟炎，伴随持续疼痛，严重时影响患者的工作与日常生活。绝大多数嵌甲发生于足拇趾甲外侧，部分患者双侧嵌甲。经过研究与试验表明，通过上扬嵌甲侧缘指甲，改变弯曲弧度，可以使嵌甲侧缘指甲减轻或停止对甲沟的压迫，有利于空气与受损甲沟的接触，改善甲沟的病态环境，降低甲沟的日常湿度，抑制厌氧菌的生长，减轻日常运动对甲沟的磨损，降低感染风险，减弱或消除疼痛感。采用安装粘贴矫正板，可以对患甲的形态和生长进行有效干预，通过对患甲侧缘畸形位施加一个持续的上扬轻力，持续性的改变患甲的曲度，使患甲的曲度恢复正常，嵌甲停止对甲沟的深度压迫，甲沟得以建立新的支撑体系和抗菌环境，健康的甲沟不会对指甲的生长造成不良的挤压，最终指甲的纵轴生长角度得到改善，达到临床治愈目的。

公布号为CN105963063A、公布日为2016.09.28的中国专利申请公开了一种嵌甲矫正帖，使用时将矫正帖粘贴在嵌甲上，矫正帖会对趾甲产生一种从两侧向中间拉扯的力，在长时间的作用下，嵌入到两侧甲沟的趾甲就会被拉回到正常的状态。这种矫正帖结构简单，体积小，使用方便，但是这种矫正帖型号统一，而嵌甲的大小、形状及弯曲的弧度大部分不同，这种矫正帖对不同嵌甲的适配度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种对于不同嵌甲制作适配的矫正板的嵌甲矫正板制作方法。

为实现上述目的，本发明嵌甲矫正板制作方法的技术方案为：嵌甲矫正板制作方法包括以下步骤：

1)对患指末节进行三维扫描，将扫描的影像导入建模软件，生成患指末节的三维模型，

2)通过分析患指末节的三维模型，结合嵌甲的厚度，移除嵌甲之外的模型数据，得出嵌甲的三维模型，

3)取嵌甲的模型截面，确定最左侧的点为a点，中间最高点为b点，最右侧点为c点，通过b点做相互垂直的两个轴线，分别为水平的X轴、竖直的Y轴，其中X轴处于a、b、c点所在平面内，计算嵌甲ab点连线的斜率k₁，嵌甲bc点连线的斜率k₂，矫正后健康甲上ab点连线的斜率为k₃，矫正后健康甲上bc点连线的斜率为k₄，测量ab点连线的长度为L₁，bc点连线长度为度L₂；

4)在ab点连线上确定中点d，bc点连线上确定中点e，以点d和点e为矫正力中心，以b点为支点，确定点d的坐标(x₁,y₁),d点的运动轨迹满足

同理，e点坐标(x₂,y₂)，e点的运动轨迹满足

ab段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向左上方向；bc段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向右上方向；

确定d点沿垂直于ab段向左上的矫正位移为△X_d：首先确定矫正前后夹角α，已知矫正前ab段斜率k₁,矫正后ab段斜率k₃，

则ab段矫正夹角

计算△X_d，即d点矫正位移：

e点沿垂直于bc向右上的矫正位移为△X_e：

bc段矫正夹角

e点矫正位移为

5)计算

矫正位移确定之后，设矫正板上与嵌甲上的a、b、c、d、e重合的点为A、B、C、D、E，计算矫正板相对矫正后健康甲的上扬位移，矫正板AB段上扬位移△X_D＝K_d*△X_d/K_a，矫正板BC段上扬位移△X_E＝K_d*△X_e/K_a，其中K_a为厚度为0.5mm-1mm矫正板的弹性系数，K_d为健康指甲与健康甲床的合并弹性系数，

6)最终计算出矫正板AB段相对嵌甲ab段的上扬角度：

矫正板BC段相对嵌甲bc段的上扬角度：

根据矫正板AB段和BC段的斜率修改三维模型，输入矫正板模型厚度d＝(1±0.6)mm，确定最终的矫正板模型，根据矫正板模型制作矫正板。

本发明的有益效果：通过获取嵌甲的三维模型，并在嵌甲三维模型的基础上推导出矫正板的三维模型，根据矫正板的三维模型制作矫正板，制作出的矫正板与嵌甲适配度较高。

进一步的，为了提高矫正效果，在步骤6)中对矫正板模型进行加厚，矫正板各点的基准厚度为d₀，其中矫正板各点的厚度为基准厚度上浮5％-20％。矫正板安装之后，由于力学原理，会对嵌甲侧激活一个持续性的上扬力，加厚后的矫正板可以补偿矫正板材质的疲劳性影响。

进一步的，矫正板B点的位置厚度最厚，至B点向左右两侧递减，以轻微的形变量缓解日常运动对矫正板的冲击，延缓材质疲劳的发生，降低材质断裂风险。

进一步的，在ab为健康段时，A点厚度不小于B点的40％，在ab为非健康侧时，A点厚度不小于B点的70％。

进一步的，矫正板材料选用聚碳酸酯或光敏树脂。对人体无害，软硬适中，伴随指甲的生长，患者可自行对指甲以及覆盖在指甲上的矫正板进行修剪，直至完全移除。

进一步的，步骤6)中通过3D打印制作矫正板。加工精度高。

附图说明

图1是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中嵌甲的示意图；

图2是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中嵌甲的模型截面与矫正板的模型截面示意图；

图3是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中制作出的矫正板的结构示意图；

图4是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中矫正板与嵌甲粘接前的示意图；

图5是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中矫正板与嵌甲粘接后的示意图；

图6是本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例中矫正板弹性系数K_a测量原理示意图；

图中：1、嵌甲；2、矫正板；3、患指末节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的嵌甲矫正板制作方法的具体实施例，嵌甲矫正板制作方法包括以下步骤：

1)对患指末节3进行三维扫描，将扫描的影像导入建模软件3Dmax，生成患指末节3的三维模型。三维扫描方法包括采用非接触式扫描法，如手持激光扫描或结构光扫描。如图1所示，嵌甲1的G侧为嵌甲侧，嵌甲1的H侧为健康侧。

2)通过分析患指末节的三维模型，结合嵌甲1的厚度，移除嵌甲1之外的模型数据，得出嵌甲1的三维模型。

3)如图1和图2所示，取嵌甲1的模型截面，确定最左侧的点为a点，中间最高点为b点，最右侧点为c点，通过b点做相互垂直的两个轴线，分别为水平的X轴、竖直的Y轴，其中X轴处于a、b、c点所在平面内，计算嵌甲ab点连线的斜率k₁，嵌甲bc点连线的斜率k₂，矫正后健康甲上ab点连线的斜率为k₃，矫正后健康甲上bc点连线的斜率为k₄，测量ab点连线的长度为L₁，bc点连线长度为度L₂。已知矫正后健康甲ab点连线的斜率约为k₃＝0.18，矫正后健康甲bc点连线的斜率约为k₄＝-0.18。

4)在ab点连线上确定中点d，bc点连线上确定中点e，以点d和点e为矫正力中心，以b点为支点(圆心)，确定点d的坐标(x₁,y₁),d点的运动轨迹(矫正方向)满足

同理，e点坐标(x₂,y₂)，e点的运动轨迹满足

ab段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向左上方向；bc段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向右上方向；

确定d点沿垂直于ab段向左上的矫正位移为△X_d：首先确定矫正前后夹角α，已知矫正前ab段斜率k₁，矫正后ab段斜率k₃，

则ab段矫正夹角

计算△X_d，即d点矫正位移：

e点沿垂直于bc向右上的矫正位移为△X_e：

bc段矫正夹角

e点矫正位移为

5)矫正位移确定之后，设矫正板2上与嵌甲1上的a、b、c、d、e重合的点为A、B、C、D、E。在矫正板2粘贴至嵌甲1上后，矫正板2的变形后弹力与嵌甲1变形后的弹力大小相等，方向相反，达到平衡，基于此，计算矫正板2相对矫正后健康甲的上扬位移，即矫正板2的变形位移。

固体材料受力之后，在其弹性限度内，应力与应变呈线性关系，即满足胡克定律。例如常规钢铁材料，在其弹性限度内，应力与应变均呈现为线性关系，此类材料定义为“胡克型材料”。一些材料如铝材，在其弹性限度内，只有部分区域满足线性关系，此类材料定义为“区域性胡克型材料”。矫正板基本满足“胡克型材料”的要素，而嵌甲即“生物组织性材料”，则为“区域性胡克型材料”，通常对于“区域性胡克型材料”，在应力低于线性形变极限时，线性描述所带来的误差可以忽略。生物组织材料几乎都具备线性形变区间或类线性形变区间，嵌甲即属于生物组织材料，在应力低于线性形变极限时，线性描述所带来的误差可以忽略，可以认为嵌甲的变形均满足广义胡克定律，取健康指甲与健康甲床的合并弹性系数为K_d，矫正板AB段上扬位移△X_D＝K_d*△X_d/K_a，矫正板BC段上扬位移△X_E＝K_d*△X_e/K_a，其中K_a为厚度为0.5mm-1mm矫正板2的弹性系数。

本发明采用分类采样反求弹性系数，以将误差控制到一个合理的范围，以0.7mm厚度的健康指甲为试验对象，实际操作中采用实际测量的方式测量弹性系数K_d，具体的方法是：采用拉伸测试患甲和甲床的合并弹性系数，首先将患趾固定在平面上，消毒打磨并保持干燥，将拉头一端固定在患甲bc段中心e(bc段为嵌甲侧)，拉头采用一片无弹性的薄塑料片，粘贴在bc段，保证测量过程中拉头不能脱落，拉头另一侧固定在拉力测试仪，通过匀速缓慢加载，bc段会逐渐沿矫正方向移动，通过测试仪记录位移和拉力。考虑嵌甲1的畸形程度会对组织内部造成结构性的环境变化，因此对于测量对象应当予以区分，测量轻度嵌甲1患者的弹性系数，bc段的位移范围为0mm-1.2mm，样本为至少30名轻度嵌甲1患者，同理测量至少30名中度嵌甲1患者，bc段位移范围为0mm-1.6mm，测量至少30名重度嵌甲1患者，bc段位移范围为0mm-2.2mm。测量稳定状态下所需要的拉力，计算拉力与位移的比值K_d，得出一组数据，分别应用于轻度、中度和重度的患甲矫正计算的K_d。

假设样本数量无穷大，则测量数据结果满足连续性随机变量，且符合正态分布，那么以期望值表达弹性系数常量具备可行性。正态分布下，期望E为均值。每组样本所对应的30个数据，将轻度、中度、重度3组数据的K_d分别求均值，最终得出轻度、中度、重度患者的3个K_d，实际应用过程中，针对患甲的情况选择应用。

以厚度为1mm，形状大小模拟健康甲的数据参数的聚碳酸酯为试验对象，k₁斜率处于安全变化区间0.18-0.58时，弹性力满足线性变化，应力与应变成正比，弹性系数K_a约为2000N/m，K_a的确定可以采用直接测量的方法，如图6所示，形状大小模拟健康甲，将矫正板B点固定在水平面，选定AB中点D点，将拉头固定在矫正板上，拉力方向为垂直AB，向右上方，AB的斜率变化范围为0.18-0.58，计算拉力与位移的比K_a。具体制作方法类似患甲K_d的测量，但测量时两者的拉力方向相反。

6)最终计算出矫正板AB段相对嵌甲ab段的上扬角度：

矫正板BC段相对嵌甲bc段的上扬角度：

通过最终的结果可以看出，算法需要的数据只包括k₁(患甲ab的斜率)、k₂(患甲bc的斜率)、k₃(健康甲ab的斜率约为0.18，已知量)、k₄(健康甲bc的斜率约为-0.18，已知量)、K_d(患甲的弹性系数，通过测量得出，已知量)、K_a(矫正板的弹性系数，已知量)，也就是说只需要测量患甲k₁和k₂，其他的数据均为已知数据。

如图3所示，根据矫正板AB段和BC段的斜率修改三维模型，输入矫正板2模型厚度d，确定最终的矫正板2模型，根据矫正板2模型制作矫正板2。本实施例中采用3D打印的方式制作矫正板2，矫正板2打印材质采用聚碳酸酯，其他实施例中也可以采用光敏树脂中的一种；其他实施例中也可以采用注塑的方式制作矫正板2，但是注塑的方式需要制作相应的模具，造价较高。

对于矫正板模型厚度d，矫正板粘贴安装之后，由于力学原理，会对嵌甲侧激活一个持续性的上扬轻力，考虑到材质的疲劳性问题，对矫正板各点的厚度为基准厚度d₀上浮5％-20％。具体的B点基准厚度为1mm，进行加厚约0.1mm处理后，B点厚度约为1.1mm。其中基准厚度的选择根据嵌甲的厚度依据经验值确定，通常为1mm左右。

矫正板BC段在佩戴治疗过程中，会受到患甲bc段与矫正方相反的拉力(在矫正板的弹性限度以内)，支撑一侧AB段相当于以B点为支点，BC段的延长力臂，距离B点越近，受到的分解到纵向的弹力和横向的拉力越大，所以对材质的厚度要求越大，相反距离B点越远，随着力臂的延长，所受到的弹力和拉力也越小，对材质的厚度要求小。脚趾正常运动状态下，趾甲的形变也主要集中在两侧，因此对两侧的厚度递减，以轻微的形变量缓解日常运动对矫正板造成的冲击，防止矫正板的脱落和碎裂风险。考虑力臂与力的反比关系，材质的特性，患者舒适度等情况，各点厚度中，A点的厚度应不小于B点的40％，B点到A点依次递减，C点的厚度不小于B点的70％，B点到C点依次递减。

如图4和图5所示，矫正板产品佩戴后完全贴合患甲，对畸形位施加一个持续上扬的力，患者几乎感觉不到不适感。本发明生产的矫正板安装之后，嵌甲即恢复至几乎正常的形态，同时矫正板在矫正已经变形的患甲的同时，也为新指甲的生长方向和形态加以固定，患甲的治疗预期会更好，形状也更加完美。嵌甲矫正板制作方法因为针对每列患甲的特异性分析，治疗方案更加精确，结果更加可控。

通过以上方法产生的矫正板也可以用来对指甲畸形的整形美化。

其他实施例中，在对矫正板的矫正效果要求不高的情况下，矫正板的厚度可以处处相等；其他实施例中，矫正板也可以不加厚处理，此时基准厚度与矫正板厚度相等；其他实施例中，矫正板模型厚度d可以为(1±0.6)mm中的任意值，对应的，矫正板的基准厚度可以根据嵌甲的厚度作适应性调整。

Claims (6)

1.嵌甲矫正板制作方法，包括以下步骤：

1)对患指末节进行三维扫描，将扫描的影像导入建模软件，生成患指末节的三维模型，

2)通过分析患指末节的三维模型，结合嵌甲的厚度，移除嵌甲之外的模型数据，得出嵌甲的三维模型，

3)取嵌甲的模型截面，确定最左侧的点为a点，中间最高点为b点，最右侧点为c点，通过b点做相互垂直的两个轴线，分别为水平的X轴、竖直的Y轴，其中X轴处于a、b、c点所在平面内，计算嵌甲ab点连线的斜率k₁，嵌甲bc点连线的斜率k₂，矫正后健康甲上ab点连线的斜率为k₃，矫正后健康甲上bc点连线的斜率为k₄，测量ab点连线的长度为L₁，bc点连线长度为度L₂；

4)在ab点连线上确定中点d，bc点连线上确定中点e，以点d和点e为矫正力中心，以b点为支点，确定点d的坐标(x₁,y₁),d点的运动轨迹满足

同理，e点坐标(x₂,y₂)，e点的运动轨迹满足

ab段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向左上方向；bc段的矫正方向为以b点为圆心，沿

为半径的圆的切线向右上方向；

确定d点沿垂直于ab段向左上的矫正位移为△X_d：首先确定矫正前后夹角α，已知矫正前ab段斜率k₁，矫正后健康甲上ab段斜率k₃，

则ab段矫正夹角

计算△X_d，即d点矫正位移：

e点沿垂直于bc向右上的矫正位移为△X_e：

bc段矫正夹角

e点矫正位移为

5)计算

矫正位移确定之后，设矫正板上与嵌甲上的a、b、c、d、e重合的点为A、B、C、D、E，计算矫正板相对矫正后健康甲的上扬位移，矫正板AB段上扬位移△X_D＝K_d*△X_d/K_a，矫正板BC段上扬位移△X_E＝K_d*△X_e/K_a，其中K_a为厚度为0.5mm-1mm矫正板的弹性系数，K_d为健康指甲与健康甲床的合并弹性系数，

6)最终计算出矫正板AB段相对嵌甲ab段的上扬角度：

矫正板BC段相对嵌甲bc段的上扬角度：

根据矫正板AB段和BC段的斜率修改三维模型，输入矫正板模型厚度d＝(1±0.6)mm，确定最终的矫正板模型，根据矫正板模型制作矫正板。

2.根据权利要求1所述的嵌甲矫正板制作方法，其特征在于：在步骤6)中对矫正板模型进行加厚，矫正板各点的基准厚度为d₀，其中矫正板各点的厚度为基准厚度上浮5％-20％。

3.根据权利要求1或2所述的嵌甲矫正板制作方法，其特征在于：矫正板B点的位置厚度最厚，至B点向左右两侧递减。

4.根据权利要求3所述的嵌甲矫正板制作方法，其特征在于：在ab为健康段时，A点厚度不小于B点的40％，在ab为非健康侧时，A点厚度不小于B点的70％。

5.根据权利要求1或2所述的嵌甲矫正板制作方法，其特征在于：矫正板材料选用聚碳酸酯或光敏树脂。

6.根据权利要求1或2所述的嵌甲矫正板制作方法，其特征在于：步骤6)中通过3D打印制作矫正板。

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