CN112972177A - 一种髋关节置换术用体位架及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种髋关节置换术用体位架，包括柔性基底和凸出于柔性基底上表面的多个仿生支撑模块，仿生支撑模块的上表面和/或侧壁面制造有仿生结构，仿生结构是根据患者标准体位信息所加工得到。其制备方法是通过3D打印的方式在柔性基底上表面生长仿生支撑模块。本发明通过对上肢支撑模块、背部支撑模块、膝关节支撑模块、小腿或踝支撑模块的科学分区以及对每个模块上仿生结构的优化排布，对患者限制出标准体位，使医生彻底摆脱术前准备阶段和术中的巨大工作量，3D打印体位架不再是生硬的机械框架，而是具有仿生轮廓的柔性环保打印材料，消除了患者的不适感，可继续用作康复阶段姿势维持支架，本发明在髋关节手术中开辟了新的定制式医疗模式，前景广阔。

Description

一种髋关节置换术用体位架及其制造方法
技术领域
本发明涉及医用辅助器具及3D打印技术领域，具体涉及一种髋关节置换术用体位架及其制造方法。
背景技术
髋关节置换术是临床上常实施的一种手术，手术时通常要使下肢摆出一个侧卧的姿势并维持合理的角度，这样才能清楚地暴露髋臼，减少术中干扰。由于手术过程中使患者长时间维持一个固定的姿势特别困难，手术中往往需要多个医生协助来纠正姿势，工作量大，因此临床上会借助一些辅助体位架来开展手术，减少医生工作量。
但是，最适合的姿势和角度是和个体患者的体型、下肢长度以及患处可实施手术的条件有很大关系，通用性的辅助体位架效果往往很差，虽然一些辅助体位架在制造时也会设计一些可调节因素，但对患者适应力极其有限，而且在手术准备阶段让医生来根据患者身体条件进行调节、甚至改造，对医生来说，是很大的负担，除此之外，一些刚性、机械性的辅助体位架给患者带来身体上的不适，基本不能长时间使用，用于手术的体位架如果想同时用于康复期的姿势维持支架，基本不大可能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种髋关节置换术用体位架及其制造方法，直接在术前根据患者个体的标准体位信息预制具有仿生结构和柔性触感的定制式体位架，使医生彻底摆脱术前准备阶段和术中的巨大工作量，通过仿生结构和柔性触感消除患者的不适感，使该体位架不仅可用于术中，更可用于术后康复期的姿势维持。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种髋关节置换术用体位架，包括柔性基底和凸出于所述柔性基底上表面的多个仿生支撑模块，所述仿生支撑模块的上表面和/或侧壁面制造有仿生结构，所述仿生结构是根据患者标准体位信息所加工得到。
上述髋关节置换术用体位架，所述多个仿生支撑模块用于支撑标准侧卧体位，其至少包括有一个上肢支撑模块和一个背部支撑模块，在所述上肢支撑模块的至少上表面上制造有上肢仿生结构，在所述背部支撑模块的至少内侧面上制造有背部仿生结构，其还包括有一个一体的下肢支撑模块或者由单独的膝关节支撑模块和单独的小腿或踝支撑模块构成的下肢支撑模块组，当采用一体的下肢支撑模块时，在所述下肢支撑模块的至少上表面上制造有膝关节仿生构造、小腿仿生构造和踝仿生构造，当采用由单独的膝关节支撑模块和单独的小腿或踝支撑模块构成的下肢支撑模块组时，在所述膝关节支撑模块的至少上表面上制造有膝关节仿生构造，在所述小腿或踝支撑模块的至少上表面上制造有小腿仿生构造或踝仿生构造。
上述髋关节置换术用体位架，在所述下肢支撑模块的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
上述髋关节置换术用体位架，在所述膝关节支撑模块的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
上述髋关节置换术用体位架，在所述小腿或踝支撑模块的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
上述髋关节置换术用体位架，在其中一个或多个仿生支撑模块上安装有缚带。
本发明同时提供上述髋关节置换术用体位架的制造方法，具体是通过3D打印的方式在所述柔性基底上表面生长多个仿生支撑模块，包括如下步骤：
步骤1，根据术前患者示范模拟的标准体位信息获得三维数据，所述三维数据为测量数据、影像分析转化数据和/或三维扫描数据；
步骤2，对步骤1中获得的三维数据进行修型和优化，获得可用于3D打印的三维数字模型；
步骤3，将步骤2获得的三维数字模型导入3D打印设备，通过3D打印设备的预处理软件进行格式转换和分层切片，确定每一层片的打印路径；
步骤4，检查3D打印设备，确保3D打印设备的料桶内原料充足，打印咀畅通，然后开启3D打印设备，打印咀按照步骤3中所确定的每一层片的打印路径逐层打印，最终获得髋关节置换术用体位架。
上述髋关节置换术用体位架的制造方法，所述柔性基底与所述仿生支撑模块材料相同或者不同。
上述髋关节置换术用体位架的制造方法，在所述步骤2中，在所述修型和优化过程中，为三维数字模型添加柔性基底三维特征，从而在所述步骤4中，所述柔性基底也是通过逐层打印制得。
上述髋关节置换术用体位架的制造方法，所述3D打印设备为FDM打印设备。
本发明的有益效果是：
本发明提供的髋关节置换术用体位架，直接在术前根据患者个体的标准体位信息来设计，通过在柔性基底上表面生长多个仿生支撑模块，通过多个仿生支撑模块上表面和/或侧壁面的仿生结构互相配合，对患者限制出标准体位，使医生彻底摆脱术前准备阶段和术中的巨大工作量，只需要在术前一周左右采集患者标准体位信息，就可以派工定制出与患者个体身体条件(体型、下肢长度以及患处可实施手术的条件)相适应的体位架，而该体位架由于制作材料不再是生硬的机械框架，而是具有一定柔性的环保打印材料，并具有仿生轮廓，消除了患者的不适感，患者在术后康复过程中，可以继续使用该体位架，作为康复期的姿势维持支架，其舒适程度可媲美床、枕，完全消除患者的不适感，使患者可以长时间使用而不影响休息、睡眠。
本发明提供的髋关节置换术用体位架，在打印时可以使用柔性环保打印材料，并可以对打印体内部结构进行设计，通过设计多个仿生支撑模块，只在必要处进行支撑，节约了整体仿生对打印材料的浪费，而不降低舒适程度，而在设计多个仿生支撑模块时，通过对上肢支撑模块、背部支撑模块、膝关节支撑模块、小腿或踝支撑模块的科学分区以及对每个模块上仿生结构的优化排布，完全能满足体位维持功能和患者感官要求，可以说，本发明开辟了一种全新的定制式医疗模式，这种医疗模式代表着未来医疗的发展方向。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例1的髋关节置换术用体位架结构原理图。
图2为本发明实施例2的髋关节置换术用体位架结构原理图。
图3为本发明实施例1的髋关节置换术用体位架制造原理图。
图4为本发明各实施例中柔性基底或仿生支撑模块的打印材料结构的一种举例。
图5为本发明各实施例中柔性基底或仿生支撑模块的打印材料结构的另一种举例。
图1-5中，柔性基底1，上肢支撑模块2，膝关节支撑模块3，小腿或踝支撑模块4，背部支撑模块5，缚带6，料桶7，打印咀8。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。
实施例1
参见图1，图1为本发明实施例1的髋关节置换术用体位架结构原理图，本实施例一种髋关节置换术用体位架，包括宽度小于手术床和病床的柔性基底1和凸出于所述柔性基底1上表面的多个仿生支撑模块，所述仿生支撑模块的上表面和/或侧壁面制造有仿生结构，所述仿生结构是根据患者标准体位信息所加工得到。
具体的，上述髋关节置换术用体位架，所述多个仿生支撑模块用于支撑标准侧卧体位，其包括有一个上肢支撑模块2和一个背部支撑模块5，在所述上肢支撑模块2的上表面上制造有上肢仿生结构，在所述背部支撑模块5的内侧面上制造有背部仿生结构，其还包括有一个膝关节支撑模块3和小腿或踝支撑模块4，二者构成下肢支撑模块组，并且，在所述膝关节支撑模块3的上表面上制造有膝关节仿生构造，在所述小腿或踝支撑模块4的上表面上制造有小腿仿生构造或踝仿生构造。
容易理解，在术中或术后维持标准侧卧体位时，本发明图1中的构造可以使上肢支撑模块2支撑患者上肢，具体是侧卧时身体上侧的上肢，以自身为参照，即人体右上肢，背部支撑模块5可以支撑背部生理曲度，而膝关节支撑模块3可以支撑侧卧时身体上侧的膝关节，以自身为参照，即人体右下肢膝关节，而小腿或踝支撑模块4支撑人体右下肢小腿或踝，具体是支撑小腿还是踝一般可以根据人体身型来选择更优的结构，比如下肢较短可以只支撑踝部，不影响舒适感，下肢较长可以选择支撑小腿或者将小腿和踝部一起支撑。
另外，从图1可以看到，本实施例的髋关节置换术用体位架在膝关节支撑模块3和小腿或踝支撑模块4的内侧面上也制造有下肢仿生构造，这里是为适应侧卧时压于右上肢下侧的左上肢而设计，虽然在图1所示的体位下，左上肢曲度可以很小，但通过在膝关节支撑模块3和小腿或踝支撑模块4的内侧面上也制造仿生构造，可以进一步增加左下肢部位主要是膝关节的舒适感。
参见图3，本发明同时提供上述髋关节置换术用体位架的制造方法，具体是通过3D打印的方式在所述柔性基底1上表面生长多个仿生支撑模块，以FDM打印为例，包括如下步骤：
步骤1，根据术前患者示范模拟的标准体位信息获得三维数据，所述三维数据为测量数据、影像(CT)分析转化数据和/或三维扫描数据；
步骤2，对步骤1中获得的三维数据进行修型和优化，获得可用于3D打印的三维数字模型，在所述修型和优化过程中，为三维数字模型添加柔性基底1的三维特征；
步骤3，将步骤2获得的三维数字模型导入3D打印设备，通过3D打印设备的预处理软件进行格式转换和分层切片，确定每一层片的打印路径；
步骤4，检查3D打印设备，确保3D打印设备的料桶7内原料充足，这里一般使用环保的高分子材料例如ABS、尼龙或者PLA，同时保证打印咀8畅通，然后开启3D打印设备，打印咀8按照步骤3中所确定的每一层片的打印路径逐层打印，最终获得髋关节置换术用体位架，其中柔性基底1也是通过逐层打印制得。
很多高分子材料本身是具有柔性的，当然也可以通过设计FDM的打印路径和熔化温度来获得一些柔性的透气结构，图4和图5示例性地列举了FDM工艺中容易制造的具有各种阵列网格的或者多孔的3D打印构造，均可以增加材料的透气性和柔性，其中阵列网格对打印路径规划要求较高，多孔构造则可以更容易地通过调节打印熔融参数来调节，根据厂家验证，完全由阵列网格或多孔构造打印的材料在柔性和透气性方面调节均有局限，两种结构交替打印(例如以2～5mm为交替周期)更容易通过控制每一层的层厚打印出刚软适中、透气良好的材料，也更易满足人体触感。
本实施例中多个仿生支撑模块的设计方案可以设计出的变型方案是采用一体的下肢支撑模块来取代由单独的膝关节支撑模块3和单独的小腿或踝支撑模块4构成的下肢支撑模块组，当采用一体的下肢支撑模块时，在模块的上表面上同时制造出前面所说的适应人体右下肢的膝关节仿生构造、小腿仿生构造和踝仿生构造，并同时在下侧面制造出前面所说的适应人体左下肢的仿生构造，这样在一些情况下可能满足肢体较大患者的需要。
实施例2
图2为本实施例的髋关节置换术用体位架结构原理图，其方案其实是对实施例1中髋关节置换术用体位架的进一步完善，在本实施例中，为了更好的约束患者体位，在上肢支撑模块2、膝关节支撑模块3、小腿或踝支撑模块4上均安装了缚带6，用于辅助约束人体肢体。
本实施例中的缚带6是在3D打印完成后安装到体位架上的。
实施例3
本实施例是针对实施例1中的通过3D打印的方式在所述柔性基底1上表面生长多个仿生支撑模块的方案的另一种设计，由于FDM打印本身需要设计一个衬底材料，本方案中直接选择现有的由柔性透气材料制作的柔性基底1作为打印的衬底材料，这种情况下，在步骤4中就可以省略了逐层打印柔性基底1的过程，步骤2中也不需要为三维数字模型添加柔性基底1的三维特征，这里柔性基底1直接成了仿生支撑模块的生长基础，这种情况下，柔性基底1的材料与仿生支撑模块材料大可能是不相同的，但只要柔性基底1材料和仿生支撑模块很好熔合就行(常用的多数高分子材料都可以实现)，为提高打印效率和灵活选择材料提供了更多方便，从而也节约了成本。
综上，本发明各实施例提供的髋关节置换术用体位架，直接在术前根据患者个体的标准体位信息来设计，通过在柔性基底上表面生长多个仿生支撑模块，通过科学设计多个仿生支撑模块的数量和分布，并在其上表面和/或侧壁面通过仿生结构互相配合，对患者限制出标准体位，使医生彻底摆脱术前准备阶段和术中的巨大工作量，只需要在术前一周左右采集患者标准体位信息，就可以派工定制出与患者个体身体条件(体型、下肢长度以及患处可实施手术的条件)相适应的体位架，而该体位架由于制作材料不再是生硬的机械框架，而是具有一定柔性的环保打印材料，并具有仿生轮廓，消除了患者的不适感，患者在术后康复过程中，可以继续使用该体位架，作为康复期的姿势维持支架，其舒适程度可媲美床、枕，完全消除患者的不适感，使患者可以长时间使用而不影响休息、睡眠。
需要说明的是，本发明所称的柔性是通常意义能理解的最大范围的柔性概念，只要比刚性材料质软，满足人体躺卧需要即可，并不必然软到可以随意变形或折叠，有一些材料本身质地较硬，但具备了前面所说的阵列网格的或者多孔特性后也可能是柔性的，因此，本发明不特别对3D打印材料进行限定，目前证明，ABS、尼龙或者PLA等都是可以利用的材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种髋关节置换术用体位架，包括柔性基底(1)和凸出于所述柔性基底(1)上表面的多个仿生支撑模块，其特征在于，所述仿生支撑模块的上表面和/或侧壁面制造有仿生结构，所述仿生结构是根据患者标准体位信息所加工得到。
2.根据权利要求1所述的一种髋关节置换术用体位架，其特征在于，所述多个仿生支撑模块用于支撑标准侧卧体位，其至少包括有一个上肢支撑模块(2)和一个背部支撑模块(5)，在所述上肢支撑模块(2)的至少上表面上制造有上肢仿生结构，在所述背部支撑模块(5)的至少内侧面上制造有背部仿生结构，其还包括有一个一体的下肢支撑模块或者由单独的膝关节支撑模块(3)和单独的小腿或踝支撑模块(4)构成的下肢支撑模块组，当采用一体的下肢支撑模块时，在所述下肢支撑模块的至少上表面上制造有膝关节仿生构造、小腿仿生构造和踝仿生构造，当采用由单独的膝关节支撑模块(3)和单独的小腿或踝支撑模块(4)构成的下肢支撑模块组时，在所述膝关节支撑模块(3)的至少上表面上制造有膝关节仿生构造，在所述小腿或踝支撑模块(4)的至少上表面上制造有小腿仿生构造或踝仿生构造。
3.根据权利要求2所述的一种髋关节置换术用体位架，其特征在于，在所述下肢支撑模块的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
4.根据权利要求2所述的一种髋关节置换术用体位架，其特征在于，在所述膝关节支撑模块(3)的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
5.根据权利要求4所述的一种髋关节置换术用体位架，其特征在于，在所述小腿或踝支撑模块(4)的内侧面上也制造有下肢仿生构造。
6.根据权利要求1-5所述的一种髋关节置换术用体位架，其特征在于，在其中一个或多个仿生支撑模块上安装有缚带(6)。
7.权利要求1-6任一项所述的一种髋关节置换术用体位架的制造方法，其特征在于，通过3D打印的方式在所述柔性基底(1)上表面生长多个仿生支撑模块，包括如下步骤：
步骤1，根据术前患者示范模拟的标准体位信息获得三维数据，所述三维数据为测量数据、影像分析转化数据和/或三维扫描数据；
步骤2，对步骤1中获得的三维数据进行修型和优化，获得可用于3D打印的三维数字模型；
步骤3，将步骤2获得的三维数字模型导入3D打印设备，通过3D打印设备的预处理软件进行格式转换和分层切片，确定每一层片的打印路径；
步骤4，检查3D打印设备，确保3D打印设备的料桶(7)内原料充足，打印咀(8)畅通，然后开启3D打印设备，打印咀(8)按照步骤3中所确定的每一层片的打印路径逐层打印，最终获得髋关节置换术用体位架。
8.权利要求7所述的一种髋关节置换术用体位架的制造方法，其特征在于，所述柔性基底(1)与所述仿生支撑模块材料相同或者不同。
9.权利要求7所述的一种髋关节置换术用体位架的制造方法，其特征在于，在所述步骤2中，在所述修型和优化过程中，为三维数字模型添加柔性基底(1)三维特征，从而在所述步骤4中，所述柔性基底(1)也是通过逐层打印制得。
10.权利要求7所述的一种髋关节置换术用体位架的制造方法，其特征在于，所述3D打印设备为FDM打印设备。
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