CN112370156B - 基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统及使用方法，包括用于打入骨折远端的至少两根相互平行的第一螺纹钉以及用于打入骨折近端的至少两根相互平行的第二螺纹钉；第一螺纹钉通过第一夹具固定，第二螺纹钉通过第二夹具固定，第一夹具和第二夹采用根据虚拟复位结果构建的软化记忆合金连接杆连接；本公开采用记忆合金结合虚拟复位的结果，以尽可能小的创伤取得更加理想的复位效果，复位准确且降低了病患的痛苦。

Description

基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统及使用方法

技术领域

本公开涉及骨折复位固定设备技术领域，特别涉及一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统及使用方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

骨折复位是骨折治疗过程必不可少的一环，良好的复位方式能够在实现快速准确复位的同时降低病患的痛苦。

本公开发明人发现，目前临床上主要有切开复位内固定术和手法整复外固定术均存在明显的弊端。目前以AO理论为指导的切开复位坚强内固定术成为接骨主流，但伴随着基础研究和技术开展的不断深入，切开复位的弊端也逐渐浮现出来，主要体现在切开复位过程中，肌肉组织与骨膜的剥离不可避免地会破坏血运，造成骨折端的坏死区增大；血肿的清除过程也必将干扰人体自身的修复能力，影响骨折愈合；通过切开将原本闭合的骨折转变为“开放骨折”，增加了感染的几率，更严重的是切开复位手术容易引起组织的粘连，造成肢体功能障碍；而手法复位主要靠术者的手摸心会，由于皮肤肌肉等软组织的遮挡，在手法整复过程中，只能依靠术者的“手摸心会”，无法实时观测骨折的相对位置，进而无法采取相应手法，故存在复位精度低、成功率差等问题；在固定过程中，由于夹板结构的缺陷，无法有效束缚肌肉与骨组织的移动，从而造成复位骨块位置再丢失，夹板固定失效等问题，具有较大的不确定性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统及使用方法，采用记忆合金结合虚拟复位的结果，以尽可能小的创伤取得更加理想的复位效果，复位准确且降低了病患的痛苦。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统。

一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，包括用于打入骨折远端的至少两根相互平行的第一螺纹钉以及用于打入骨折近端的至少两根相互平行的第二螺纹钉；

第一螺纹钉通过第一夹具固定，第二螺纹钉通过第二夹具固定，第一夹具和第二夹采用根据虚拟复位结果构建的软化记忆合金连接杆连接。

本公开第二方面提供了一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统的使用方法。

一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统的使用方法，利用本公开第一方面所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统；

待第一螺纹钉和第二螺纹钉置入且通过夹具固定，获取骨折部位的CT扫描结果，进行分割和三维重建，进行虚拟复位；

虚拟建立两夹具之间的记忆合金连接杆；

根据虚拟建立的连接杆制作记忆合金连接杆，先将制作好的连接杆用冰水浸泡，待记忆合金体部变软后将连接杆连接到夹具两端，用螺钉固定；

记忆合金在室温下逐渐变回原型，完成复位。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的系统或方法，采用记忆合金结合虚拟复位的结果，以尽可能小的创伤取得更加理想的复位效果，复位准确且降低了病患的痛苦。

2、本公开所述的系统或方法，采用记忆合金这种新材料，在冰水软化的情况下将夹具连接，待其常温硬化时使得骨折部位逐渐回到原始位置，进一步的提高了复位的准确度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的平行螺钉置入后的示意图。

图2为本公开实施例1提供的螺纹针固定夹的结构示意图。

图3为本公开实施例1提供的虚拟复位结果示意图。

图4为本公开实施例1提供的根据虚拟复位结果构建记忆合金连杆的示意图。

图5为本公开实施例1提供的方法流程图。

图6为本公开实施例1提供的骨折示意图。

图7为本公开实施例1提供的远端骨复制示意图。

图8为本公开实施例1提供的虚拟复位示意图。

图9为本公开实施例1提供的复位轴示意图。

图10为本公开实施例1提供的对复位轴复制获得复制轴示意图。

图11为本公开实施例1提供的复制轴与远端骨绑定示意图。

图12为本公开实施例1提供的复位轴与近端骨绑定示意图。

图13为本公开实施例1提供的对绑定后的两个组合模型配准的示意图。

图14为本公开实施例1提供的基于复位轴和复制轴到达过牵对线对位状态的示意图。

图15为本公开实施例1提供的基于复位轴和复制轴到达回缩状态的示意图。

1-第一螺纹钉；2-骨折远端；3-第二螺纹钉；4-骨折近端；5-第一夹具；6-第二夹具；7-记忆合金连接杆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如背景技术中存在的问题，现在迫切需要一种能兼具AO精准解剖复位和CO保护断端血运的方法，真正意义上实现了在不进一步破坏骨折断端血运的基础上，实现骨折的精准化复位，大大减少手术复位不良和骨不连的发生率，降低了医务工作者的劳动强度和辐射危害；真正具有高复位精度、高可靠性、高安全性、高手术效率和低机体损害的四肢骨折复位固定新技术

本公开实施例1提供了一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，主要应用于两端骨折复位后的固定；

包括用于打入骨折远端3的至少两根相互平行的第一螺纹钉1以及用于打入骨折近端4的至少两根相互平行的第二螺纹钉2，第一螺纹钉和第二螺纹钉如图1所示；

第一螺纹钉通过第一夹具5固定，第二螺纹钉通过第二夹具6固定，第一夹具和第二夹采用根据虚拟复位结果构建的软化后的记忆合金连接杆7连接，第一夹具和第二夹具如图2所示。

待第一螺纹钉和第二螺纹钉通过各自的夹具固定后，执行虚拟复位，采用冷却处理后的软化记忆合金连杆通过螺钉与第一夹具和第二夹具固定连接。

使用方法为：

在骨折远端和近端分别平行打入两到三枚螺纹针，将夹具固定到螺纹针的固定位置为骨折部位进行CT扫描，使用数字建模软件进行分割和三维重建；

执行虚拟复位，结果如图3所示；

虚拟建立两夹具之间的记忆合金连接杆，如图4所示；

制作连接杆，使用时，先将连接杆用冰水浸泡，待记忆合金体部变软后将连接杆连接到夹具两端，用螺钉固定，形成特制外固定装置；

因记忆合金在室温下会逐渐变回原型，所以他会使骨折逐渐回到原始位置。

通过虚拟复位路径规划得到虚拟复位结果，根据虚拟复位的结果进行记忆合金连接杆的设计，所述虚拟复位路径规划，如图5所示，应用于两端骨折，以不带夹具和螺纹钉时为例，具体为：

步骤1：获取骨折断骨的CT扫描图像，对断骨远端和断骨近端进行分割建模，分别获得远端骨模型和近端骨模型；

步骤2：对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

步骤3：移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位；

步骤4：构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴，所述复位轴的长度不小于两个断骨中最长的骨折段；

步骤5：按照定位点位置相同，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，将复位轴与步骤3中获得的复位组合模型进行绑定；

步骤6：根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹。

本实施例根据设置具有定位点的复位轴，将远端和近端模型之间的匹配转换为复位轴之间的匹配，能够得到更适合临床的复位轨迹，能够实现快速精准复位，避免复位过程中的碰撞，减少病患的二次伤害。

步骤1中，获取骨折断骨的CT扫描图像，对断骨远端和断骨近端进行分割建模，分别获得远端骨模型和近端骨模型；

其中，可选的，CT扫描图像可以通过CT扫描设备获取，具体方法可以如下：

(1)对骨折部位的断骨分别进行固定，使得断骨不发生相对移动；

进行根据负重情况，在骨折近端和远端各打入合适数量、长度和直径的螺纹针；采用断骨的外固定装置固定两段断骨，使骨折近端和远端不会发生相对移动；

(2)将骨骼外固定装置和断骨放入CT扫描机中进行扫描，得到其CT图层；

可选的，获取数据后，可以采用逆向建模方法，进行重建获得远端骨和近端骨的三维数字化模型作为远端骨和近端骨虚拟模型，如图6所示，为在软件界面中显示的虚拟模型，本实施例以图中位置上端的断骨为近端骨，图示中下端的断骨为远端骨为例，对骨折复位规划进行说明。

步骤2中，对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

步骤3中，移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位，获得复位组合模型；

具体的，如图7-8所示，生成远端骨复制模型后，保持远端骨模型不动，将远端骨复制模型与近端骨模型进行虚拟复位，虚拟复位的方法可以采用下面的方法。

可选的，可以采用自动复位，计算机自动虚拟复位：基于远端骨复制模型与近端骨模型的骨折断面进行配准；具体的，识别骨折断面的坐标数据，根据坐标数据识别骨折断面的形状信息，移动远端骨复制模型使得其骨折断面形状与近端骨模型的骨折断面相吻合。

可选的，可以采用手动虚拟复位：接收针对远端骨复制模型的虚拟复位操作，使远端骨复制模型与近端骨模型实现拼接，得到两个断骨的虚拟复位模型。作为一种实施方式，可借助三维建模软件，对远端骨复制模型执行拖动、旋转等操作，使远端骨复制模型与近端模型的断面实现拼接。

上述虚拟复位，需要根据虚拟复位的效果进行多次调整，如果将上述远端骨复制模型的虚拟复位路径作为骨折复位规划路径，机械臂跟随虚拟复位路径进行复位的过程中会出现多次碰撞，造成患者的二次伤害。本实施例构建了复位轴，基于复位轴将复位过程划分为多个阶段，使得复位系统能够分阶段依次按照该阶段的轨迹进行复位，具有临床意义。

步骤4中，构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴，所述复位轴的长度大于两个断骨中最长的骨折段；

为便于操作，可以将复位轴及复制轴设置为与骨折断骨平行。

具体地，所述复位轴可以为圆柱体模型，所述定位点为圆球或者圆柱体模型。如图9-10所示，图中圆点即圆球模型。

步骤5中，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，获得远端骨组合体；将复位轴与步骤3中获得的复位组合模型进行绑定，获得复位组合体；复位轴连接远端骨模型的定位点位置与复制轴连接复位组合模型的定位点位置相同。

绑定过程如图11-12所示，复位轴连接远端骨模型的定位点位置与复制轴连接复位组合模型的定位点位置相同，即为两个轴的定位点连接远端骨模型以及远端骨复制模型的位置为对应相同的位置。

步骤6中，根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹。

具体的，可以将远端骨组合体进行移动，使得复位轴与其复制轴完全重合操作，重合操作过程中将复制轴的移动轨迹作为骨折复位轨迹输出，机械臂操作按照骨折复位轨迹进行移动，实现快速骨折复位。实现了将远端模型到近端模型的轨迹规划问题，转换为复制轴到复位轴的轨迹规划问题。

本实施例中，为实现减少骨折复位过程中的二次伤害，步骤6中可以采用过牵、对线、对位和回缩的四步复位法寻求断骨远端的复位路径。如图13-15所示，具体包括：

步骤6.1、过牵：以复位轴为基准，移动复制轴，使得两轴平行并在轴向位置错开设定的距离，获得断骨的远端模型轴向过牵的移动轨迹。

可选的，两轴平行后以两轴上的定位点的距离作为错开的距离，该错开距离可以设置为0.5-1cm，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行过牵操作，使得远端骨与近端骨间隔设定的距离。

步骤6.2、对线：移动复制轴，使得复位轴的轴线和复制轴的轴线重合，获得远端模型横向移动的对线轨迹。

具体的，以牵拉方向为轴向动作，与轴向垂直的方向为横向动作，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行对线操作，即产生横向移动操作，使得远端骨与近端骨在同一轴线上。

步骤6.3、对位：移动复制轴，使得复位轴的定位点和复制轴的定位点的连线与复制轴的轴线平行，获得远端模型横向旋转的对位轨迹。

具体的，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行对位操作，即产生横向旋转操作，使得远端骨与近端骨的断面相对。由于复位轴与复位组合模型绑定，其中复位组合模型是远端骨复制模型与近端骨模型进行复位后的模型，所以，按照复位轴的位置将复制轴移动至与复位轴重合的位置，可以实现断面配合的骨折复位。

步骤6.4、回缩：轴向移动复制轴，使得复位轴的定位点与复制轴的定位点重合，获得复制轴的轴向回缩轨迹。

具体的，该步骤复制轴的移动轨迹输出至机械臂动作，对远端骨进行回缩操作，即产生轴向靠近操作，使得远端骨与近端骨的断面重合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，包括用于打入骨折远端的至少两根相互平行的第一螺纹钉以及用于打入骨折近端的至少两根相互平行的第二螺纹钉；

第一螺纹钉通过第一夹具固定，第二螺纹钉通过第二夹具固定，第一夹具和第二夹采用根据虚拟复位结果构建的软化记忆合金连接杆连接；

通过虚拟复位路径规划得到虚拟复位结果，所述虚拟复位路径规划具体为：

获取骨折断骨的CT扫描图像，分割建模获得远端骨模型和近端骨模型；

对远端骨模型进行复制，获得远端骨复制模型；

移动远端骨复制模型，将远端骨复制模型与近端骨模型虚拟复位获得复位组合模型；

构建具有定位点的复位轴及复位轴的复制轴；

按照定位点位置相同，将复位轴的复制轴与远端骨模型进行绑定，将复位轴与复位组合模型进行绑定；

根据复位轴及其复制轴上的定位点，获取两个断骨的复位轨迹，具体为：

过牵：以复位轴为基准，移动复制轴，使得两轴平行并在轴向位置错开设定的距离，获得断骨的远端模型轴向过牵的移动轨迹；

对线：移动复制轴，使得复位轴的轴线和复制轴的轴线重合，获得远端模型横向移动的对线轨迹；

对位：移动复制轴，使得复位轴的定位点和复制轴的定位点的连线与复制轴的轴线平行，获得远端模型横向旋转的对位轨迹；

回缩：轴向移动复制轴，使得复位轴的定位点与复制轴的定位点重合，获得复制轴的轴向回缩轨迹。

2.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，待第一螺纹钉和第二螺纹钉通过各自的夹具固定后，执行虚拟复位。

3.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，采用冷却处理后的软化记忆合金连杆通过螺钉与第一夹具和第二夹具固定连接。

4.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，虚拟复位的方法采用自动复位，计算机自动虚拟复位：基于远端骨复制模型与近端骨模型的骨折断面进行配准。

5.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，虚拟复位的方法采用手动虚拟复位：接收针对远端骨复制模型的虚拟复位操作，使远端骨复制模型与近端骨模型实现拼接，得到两个断骨的虚拟复位模型。

6.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，所述复位轴为圆柱体模型，所述定位点为圆球或者圆柱体模型。

7.如权利要求1所述的基于虚拟复位的记忆合金复位外固定系统，其特征在于，所述复位轴的长度不小于两个断骨中最长的骨折段。

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