CN110633511A - 一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置，其中方法包括：基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型；根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。本申请基于预先建立的器械模板模型，再根据获取到的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，通过模块化的设计方式，分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。解决了现有的个性化医疗器械设计方法产品制作周期长的技术问题。

Description

一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置

技术领域

本申请涉及医疗器械定制技术领域，尤其涉及一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置。

背景技术

随着医疗技术的发展，医疗器械的设计也朝着个性化的方向发展，个性化医疗器械是指依据每个患者的人体形态特征进行定制设计的医疗产品，如人造骨骼、义肢等。

现有的个性化医疗器械采用的是完全定制化设计，虽然通过这种设计方法得到的产品与患者有极高的适配度，但是也导致了产品制作周期长的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置，用于解决现有的个性化医疗器械设计方法产品制作周期长的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法，包括：

基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，所述个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，所述单元模型具体为用于构成所述医疗器械的各个单元机构的模型；

根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。

可选地，所述个体特征参数具体包括：形态特征参数和轴线特征参数。

可选地，所述方法还包括：

根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

划分所述规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

可选地，所述医疗器械具体包括：股骨颈轴线导向器。

可选地，所述单元模型具体包括：定位机构模型、导向机构模型和固定机构模型。

本申请第二方面提供了一种个性化医疗器械模块化设计装置，包括：

模型选定单元，用于基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，所述个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，所述单元模型具体为用于构成所述医疗器械的各个单元机构的模型；

参数调整单元，用于根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。

可选地，所述个体特征参数具体包括：形态特征参数和轴线特征参数。

可选地，所述装置还包括：

规格区间确定单元，用于根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

单元模型构建单元，用于划分所述规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法，包括：基于获取到的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，所述个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，所述单元模型具体为用于构成所述医疗器械的各个单元机构的模型；根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。

本申请基于预先建立的器械模板模型，再根据获取到的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，通过模块化的设计方式，分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。克服了现有的完全定制化设计方式，对每一件个性化医疗器械的设计制作都需要从零开始的现状，解决了现有的个性化医疗器械设计方法产品制作周期长的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种个性化医疗器械模块化设计方法的第一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种个性化医疗器械模块化设计方法的第二个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的一种个性化医疗器械模块化设计装置的第一个实施例的结构示意图；

图4为通过本申请的个性化医疗器械模块化设计方法获得的定位机构的模型结构示意图；

图5为通过本申请的个性化医疗器械模块化设计方法获得的导向机构与定位机构的模型结构示意图；

图6为通过本申请的个性化医疗器械模块化设计方法获得的固定机构的模型结构示意图；

图7为通过本申请的个性化医疗器械模块化设计方法获得的股骨颈轴线导向器的模型结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法及装置，用于解决现有的个性化医疗器械设计方法产品制作周期长的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

首先，现有的个性化医疗器械设计方法采用的是完全定制化设计，包括：采集设备获取人体某部位的三维点云数据；处理采集到的三维点云数据、构建三角面片模型；提取特征并重建数字化模型。通过这种设计方式制作的个性化医疗器械精准度高，舒适度好，能很好地贴合患者的身体结构，但是设计出来的器械只适用于单个患者。当有其他患者想要使用上述同种医疗器械时，又需要重复上述流程，从零开始设计，导致了设计周期较长的问题。

请参阅图1和图2，本申请第一方面提供了一种个性化医疗器械模块化设计方法，包括：

步骤101、基于获取到的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与个体特征参数相匹配的单元模型。

其中，本实施例的个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，本实施例的单元模型具体为用于构成医疗器械的各个单元机构的模型。

步骤102、根据个体特征参数分别对各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的单元模型制作个性化医疗器械。

进一步地，在步骤101之前还包括：

步骤1001、根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

步骤1002、划分规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

需要说明的是，本实施例的步骤1001和步骤1002，为构建预设的器械模板模型的步骤，首先根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间，此规格区间包括人体的正常体格的最大值和最小值。

然后将该规格区间划分为多个规格子区间，并分别为每个规格子区间构建一个对应的单元模型，作为模板模型。

为了更完整地阐释本实施例的技术方案，下面将以股骨颈轴线导向器的设计为例，介绍本实施例的技术方案。

股骨颈轴线导向器有三个单元模型构成，分别是定位机构模型、导向机构模型和固定机构模型。针对特定患者进行该医疗器械的定制设计时，先选择这三个模型作为个性化股骨颈轴线导线器的整体结构。然后针对不同个体的形态差别，分别进行快速定制。

首先是预先构建股骨颈轴线导向器的单元模型，包括：

(1)定位模块规格划分

人的股骨长短不一，依据大腿长作为股骨长度的参考，在《中国成年人人体尺寸》国家标准中，18-60岁的男性大腿长的百分位数区间在413-523mm， 18-55岁的女性大腿长的百分位数区间在387-494mm。因此可以将股骨长度参数区间定义在387-523mm的区间内，保证该区间范围包含了绝大部分人群。

首先对股骨长度的参数区间进行划分，选择在380-530mm的参数区间内，以30mm为分隔间距，将主定位机构模型划分为5种不同的规格型号。对于定位机构模型中的侧定位机构模型，可以根据主定位机构模型的规格进行对应尺寸参数的设定。定位机构模型的参数规格如表4-1所示。

表4-1定位机构模型的参数规格

本案例中以长度为390mm的股骨头为对象进行设计，据主定位机构模型的规格划分规则，选用定位机构模型规格1。

(2)导向机构模型

股骨颈治疗手术中，需要沿股骨颈轴线方向置入内置物，通常是克氏针。克氏针是骨科中一种常用的内固定物，其直径规格在0.5-2mm，用于较大骨折中其直径也有增加到4mm。导向机构模型是个性化股骨颈轴线导向器中用于引导克氏针置入方向的，其内径与克氏针直径相同，外径可以设计在8-12mm，长度一般在50mm。导向机构模型的参数规格如表4-2所示。

表4-2导向机构模型的参数规格

(3)固定机构模型

个性化股骨颈轴线导向器中固定机构模型的功能是将定位机构模型与导向机构模型的结构固定于股骨上，其长度可以依据股骨干相应部位的直径设定，根据定位机构模型中两个侧定位机构模型的距离设计。根据相关资料，成年人股骨干直径在20-40mm，因此，固定机构模型长度设计为25-45mm之间，以5mm为间隔设计5个规格，如表4-3所示，根据实际情况选择。

表4-3固定机构模型的参数规格

然后是获取患者的人体特征参数；

个性化产品是基于个体设计的，基于机构模型化的个性化产品在进行快速定制时，必须给定客户的个性化定制点。个性化股骨颈轴线导线器的客户定制需求就是个性化定位面与股骨颈轴线特征的确定。具体的个体特征参数的获取可以通过利用计算机断层扫描技术获取股骨的三维模型数据，并经过数据处理后得到股骨的三角面片模型，从得到的三角面片模型中获得。

选取股骨颈的区域，将其视为近似回转体，提取出其轴线，股骨颈轴线特征用于导向机构模型的设计。

再接着是模型的选配与快速定制；

基于上一步骤获取的个体特征参数确定了规格合适的单元模型，以模型化设计方式配置个性化股骨颈轴线导线器包含的三个单元模型：定位单元模型、导向单元模型与固定单元模型。针对特定的患者进行医疗器械的配置设计时，可以在不改变股骨颈轴线导向器的整体结构的情况下，依据患者的形态特征。对各个单元模型分别进行快速定制。

定位单元模型的定制部分在于导向器与股骨的接触面区域，定位单元模型中的定位面尺寸可以依据不同患者的股骨尺寸进行配置设计。即针对不同个体定制的个性化定位面，设计完成的定位单元模型(包括主定位单元模型和辅助定位单元模型)，具体结构可参阅图4。

导向单元模型的定制是根据股骨颈轴线方向，依据不同个体的股骨形态特征来设计导向单元模型。个性化定制的导向单元模型如图5所示(加上与定位单元模型配合图)

固定单元模型的长度定制依据股骨干的直径，本实例中股骨干的直径约为24mm，因此固定单元模型的长度可以设计为30mm，其结构模型如图6所示。

将定制的定位单元模型结构、导向单元模型结构与固定单元模型组合，就完成了个性化股骨颈轴线导向器的配置设计。快速定制的个性化轴线导向器如图7所示。以这样的产品配置设计方法设计个性化产品，减少了设计过程的重复，提高了设计效率，实现了个性化医疗器械的快速定制

本实施例基于预先建立的器械模板模型，再根据获取到的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与个体特征参数相匹配的单元模型，通过模块化的设计方式，分别对各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的单元模型制作个性化医疗器械。基于模块化的设计思想，通过将产品的个性化定制点提取出来，结合产品规格的选型实现快速定制，减少了重复的设计过程，提高了产品的设计效率克服了现有的完全定制化设计方式，对每一件个性化医疗器械的设计制作都需要从零开始的现状，解决了现有的个性化医疗器械设计方法产品制作周期长的技术问题。

以上为本申请提供的一种个性化医疗器械模块化设计方法的详细说明，下面为本申请提供的一种用于实现上述方法的个性化医疗器械模块化设计装置的详细说明。

请参阅图3，本实施例提供了一种个性化医疗器械模块化设计装置，包括：

模型选定单元201，用于基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与个体特征参数相匹配的单元模型，个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，单元模型具体为用于构成医疗器械的各个单元机构的模型；

参数调整单元202，用于根据个体特征参数分别对各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的单元模型制作个性化医疗器械。

进一步地，个体特征参数具体包括：形态特征参数和轴线特征参数。

进一步地，还包括：

规格区间确定单元2001，用于根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

单元模型构建单元2002，用于划分规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等 (如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种个性化医疗器械模块化设计方法，其特征在于，包括：

基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，所述个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，所述单元模型具体为用于构成所述医疗器械的各个单元机构的模型；

根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述个体特征参数具体包括：形态特征参数和轴线特征参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

划分所述规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述医疗器械具体包括：股骨颈轴线导向器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述单元模型具体包括：定位机构模型、导向机构模型和固定机构模型。

6.一种个性化医疗器械模块化设计装置，其特征在于，包括：

模型选定单元，用于基于三维扫描技术获取用户的个体特征参数，从预设的器械模板模型中确定与所述个体特征参数相匹配的单元模型，所述个体特征参数具体为通过对用户进行断层扫描，构建三角面片模型得到的，所述单元模型具体为用于构成所述医疗器械的各个单元机构的模型；

参数调整单元，用于根据所述个体特征参数分别对所述各个单元模型进行参数调整，以便于根据调整后的所述单元模型制作所述个性化医疗器械。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述个体特征参数具体包括：形态特征参数和轴线特征参数。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

规格区间确定单元，用于根据人体的正常体格范围，确定各个单元部件的规格区间；

单元模型构建单元，用于划分所述规格区间，并分别构建与划分后的每个规格子区间对应的单元模型。

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