CN113476125B - 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法 - Google Patents

肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113476125B
CN113476125B CN202110687570.2A CN202110687570A CN113476125B CN 113476125 B CN113476125 B CN 113476125B CN 202110687570 A CN202110687570 A CN 202110687570A CN 113476125 B CN113476125 B CN 113476125B
Authority
CN
China
Prior art keywords
parameters
soft tissue
orthosis
tissue
correction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110687570.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113476125A (zh
Inventor
李剑
苏鹏
张力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Original Assignee
National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Research Center for Rehabilitation Technical Aids filed Critical National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Priority to CN202110687570.2A priority Critical patent/CN113476125B/zh
Publication of CN113476125A publication Critical patent/CN113476125A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113476125B publication Critical patent/CN113476125B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
    • A61B17/66—Alignment, compression or distraction mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B2017/564—Methods for bone or joint treatment

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法，包括：获取病例数据；将所述病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器；根据所述骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，以利用所述软组织矫形器和所述外固定器对所述病患部位进行协同矫正。本实施例的矫正器能够协同矫正骨骼硬组织和软组织，促进肌骨一体化生理功能重建与恢复。

Description

肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及康复辅具技术领域，尤其涉及一种肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法。
背景技术
肢体畸形严重影响患者的生活质量，需要尽早治疗。根据畸形程度的不同，可以分为保守治疗和手术治疗。其中，保守治疗适用于轻度患者，一般可利用矫形器对软组织逐步施力，并配合针灸、电刺激及药物等方式进行矫治；手术治疗适用于重度患者，一般需通过外固定器牵拉成骨的方式或内固定植骨的方式进行矫治，然而，内固定植骨治疗存在成本较高，且需要大面积的开放手术等问题，传统的外固定器矫治多注重于骨骼的畸形矫正，对于伴随性软组织畸形矫正干预不足，尤其是牵拉侧向的软组织关注很少，影响肌骨一体化生理功能重建及术后效果。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法，能够协同矫正骨骼和软组织，促进肌骨一体化生理功能重建与恢复。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了肌骨一体化畸形矫正器制备方法，包括：
获取病例数据；
将所述病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器；
根据所述骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，以利用所述软组织矫形器和所述外固定器对所述病患部位进行协同畸形矫正。
可选的，所述获取病例数据之前，还包括：
获取病例样本数据；
根据所述病例样本数据，构造训练样本；
获取与所述病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
以对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为输出，利用所述训练样本对机器学习模型进行训练，得到所述矫正器设计模型。
可选的，所述获取病例样本数据为：获取不同时间阶段的病例样本数据；
获取与所述病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为：获取输入的与不同时间阶段的病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数。
可选的，所述获取病例数据为：获取当前时间阶段的病例数据；
将所述病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为：
将所述当前时间阶段的病例数据输入所述矫正器设计模型，得到当前时间阶段的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数。
可选的，所述软组织矫形器参数包括贴合度、透气性、力学参数和重量参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
确定所述软组织矫形器与病患部位的接触面；
基于所述接触面，生成密度一致的面网格；
根据所述病患部位及所述软组织矫形器参数，通过增加、删除、细化方式中的一种或几种，对所述面网格进行整体或是局部调整，得到密度调整后的面网格；
基于所述密度调整后的面网格，提取面网格的结构线；
以所述结构线为基础，按照特定的截面图形进行放样操作，生成所述软组织矫形器模型。
可选的，所述软组织矫形器参数包括材料参数、透气性、力学参数和重量参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；
根据所述三维模型，生成数字实体模型；
基于所述数字实体模型，根据所述软组织矫形器参数，生成矫形器宏观形态，并对所述矫形器宏观形态进行孔隙化处理，得到具有微观空隙形态的软组织矫形器模型。
可选的，所述骨骼硬组织固定器参数包括角度调整量和受力调整量；
根据所述骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，包括：
根据所述角度调整量，调整所述外固定器的调节部件的旋转角度；
根据所述受力调整量，调整所述调节部件的牵引力。
本说明书实施例还提供一种肌骨一体化畸形矫正器，利用所述的制备方法制备而成，所述矫正器包括：
用于对病患部位软组织和骨骼硬组织协同矫正的软组织矫形器和外固定器。
可选的，所述外固定器包括固定环、驱动单元和至少一个调节部件，所述调节部件与所述固定环活动连接，所述驱动单元驱动所述调节部件动作，用于调整与所述固定环连接的骨针向病患部位施加的矫正力。
可选的，所述软组织矫形器与病患部位的不同接触区域，具有不同的刚度、透气性、畸形矫正力及生物力学刺激。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法，通过获取病例数据，将病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，根据软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器，根据骨骼硬组织固定器参数，组装和调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，以利用软组织矫形器和所述外固定器对病患部位进行协同矫正。本实施例的矫正器能够协同矫正骨骼硬组织和软组织，促进肌骨一体化生理功能重建与恢复。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例的方法流程示意图；
图2为一些实施例的矫正模型示意图，未设置软组织矫形器；
图3为本说明书一个或多个实施例的矫正模型示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例的训练矫正器设计模型示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例的适用于上肢的矫正器结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，对于轻度的肢体畸形矫正，一般是利用矫形器对软组织施力，并配合其它治疗方法辅助矫正；对于重度的肢体畸形矫正，一般需要手术治疗，手术之后利用外固定器辅助矫正。可以发现，矫形器能够辅助软组织矫正，外固定器能够辅助骨骼硬矫正，然而，人体肌骨生理功能的恢复重建需要软组织和骨骼硬组织的同步矫正，目前的肢体畸形矫正方法难以实现肌骨一体化生理功能重建，不利于病患部位恢复正常。
有鉴于此，本说明书实施例提供一种肌骨一体化畸形矫正器制备方法，能够根据患者的病例数据，利用矫正器设计模型得到适于患者的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，基于软组织矫形器参数制备软组织矫形器，基于骨骼硬组织固定器参数调整外固定器的矫正参数，从而在软组织矫形器和外固定器的协同矫正作用下，恢复重建肌骨生理正常功能。
以下结合具体实施例对本说明书进行详细的说明。
如图1所示，本说明书实施例提供一种肌骨一体化畸形矫正器制备方法，包括：
S101：获取病例数据；
本实施例中，为了对肢体畸形患者进行有效且针对性的矫正治疗，需要先获取患者的病例数据。病例数据包括但不限于患者的基本数据、临床诊断数据、检查结果数据等。其中，基本数据包括但不限于姓名、年龄、性别等患者的基本信息，检查结果数据包括但不限于病患部位的影像数据、血项化验结果数据、查体结果等。以上数据类型仅为举例说明，具体不做限定。
S102：将病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
本实施例中，获取患者的病例数据之后，将病例数据输入矫正器设计模型，利用矫正器设计模型输出用于设计软组织矫形器的软组织矫形器参数和用于调整外固定器对骨骼硬组织矫正的骨骼硬组织固定器参数。
S103：根据软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器；
S104：根据骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，以利用软组织矫形器和所述外固定器对病患部位进行协同矫正。
本实施例中，确定软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数之后，根据软组织矫形器参数制备软组织矫形器，根据骨骼硬组织固定器参数组装和调整外固定器的矫正参数，之后，将软组织矫形器佩戴于病患部位，利用软组织矫形器对病患部位的软组织进行矫正，将外固定器固定于病患部位，利用外固定器对病患部位的骨骼硬组织进行矫正，并进行协同矫形控制，能够实现软组织和骨骼硬组织的同步、协同矫正，有利于肌骨一体化生理功能的重建与恢复。
一些实施例中，获取病例数据之前，还包括：
获取病例样本数据；
根据病例样本数据，构造训练样本；
获取与病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
以对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为输出，利用训练样本对机器学习模型进行训练，得到矫正器设计模型。
本实施例中，构建矫正器设计模型的方法是：获取一定数量的病例样本数据，病例样本数据包括不同患者的病例数据，同时，针对不同患者的病例数据，获取与各患者的病例数据相对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，例如，针对不同的患者，获取由专家输入的对应该患者的软组织矫形器参数和骨骼硬组织外固定器参数。之后，基于获取的病例样本数据构造用于训练模型的训练样本，以与各患者的病例数据相对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为输出，对机器学习模型进行训练，得到矫形器设计模型，利用矫形器设计模型，能够根据输入的患者的病例数据，输出适于该患者的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，该患者佩戴以该软组织矫形器参数设计出的软组织矫形器和以该骨骼硬组织固定器参数调整后的外固定器，能够对病患部位进行软组织和硬组织的协同矫正。可选的，机器学习模型可以是深度学习神经网络模型等其他模型，模型的结构及原理不做具体说明。
一些实施例中，获取病例样本数据为：获取不同时间阶段的病例样本数据；
获取与病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为：获取输入的与不同时间阶段的病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数。
本实施例中，对于处于矫正治疗阶段的肢体畸形患者，不同时间阶段的矫正效果不同，应于不同时间阶段设计不同的矫正器，以对患者进行有效且针对性的矫正治疗。为此，训练矫形器设计模型时，对于每个患者，获取不同时间阶段的病例样本数据，以及与不同时间阶段的病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，利用不同时间阶段的病例样本数据对矫形器设计模型进行训练，得到能够根据不同时间阶段的病例数据输出相应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数的矫形器设计模型。
如图4所示，一些方式中，为获取不同时间阶段的病例样本数据，可定期(例如每隔1天或是其他的时间间隔)采集病患部位的影像数据(例如计算机断出扫描获取的CT影像数据、磁共振成像获取的MRI影像数据等)，判断病患部位的软组织和骨骼矫正程度，必要时，更新临床诊断数据；为获取输入的与不同时间阶段的病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，可于软组织矫形器的不同区域安装压力传感器、温度传感器、湿度传感器、位移传感器、加速度传感器等，于外固定器的不同位置安装拉力传感器、力矩传感器、位移传感器、加速度传感器等用于对病患部位不同区域的受力和运动变化进行监测的测量单元，由专家根据测量单元的测量数据，设置用于下一阶段矫正治疗的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数。
一些实施例中，获取病例数据为：获取当前时间阶段的病例数据；
将病例数据输入预先训练的矫正器设计模型，得到软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为：
将当前时间阶段的病例数据输入矫正器设计模型，得到当前时间阶段的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数。
本实施例中，随着时间的推移，病患部位处于逐步恢复过程，在恢复过程中，为达到良好的矫正效果，应根据恢复过程的不同时间阶段，设计适于现阶段矫正的软组织矫形器和外固定器。例如，对于重度肢体畸形患者，在手术前获取患者的病例数据，根据病例数据确定出第一阶段的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，术后，将按照第一阶段的软组织矫形器参数制备出的软组织矫形器佩戴于病患部位，将外固定器固定于病患部位，并按照第一阶段的骨骼硬组织固定器参数配置外固定器；经过第一阶段的矫正期后(例如1个月或3个月等其他疗程)，患者复查，获取患者当前时间阶段的病例数据，根据当前时间阶段的病例数据确定出第二阶段的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数，按照第二阶段的软组织矫形器参数重新制备软组织矫形器，并佩戴于病患部位，按照第二阶段的骨骼硬组织固定器参数重新配置外固定器；按照上述治疗过程，在不同的时间阶段，为患者制备适于下一阶段矫正治疗的矫正器，利用合适的矫正器对病患部位进行有效矫正治疗。
一些实施例中，软组织矫形器参数包括贴合度、透气性、力学参数和重量参数；
根据软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
确定软组织矫形器与病患部位的接触面；
基于接触面，生成密度一致的面网格；
根据病患部位及所述软组织矫形器参数，通过增加、删除、细化方式中的一种或几种，对面网格进行整体或是局部调整，得到密度调整后的面网格；
基于密度调整后的面网格，提取面网格的结构线；
以结构线为基础，按照特定的截面图形进行放样操作，生成软组织矫形器模型。
本实施例中，确定软组织矫形器参数之后，根据软组织矫形器参数制备软组织矫正器。制备过程是：首先根据软组织矫形器的佩戴位置，获取软组织矫形器与佩戴位置的接触面数据，根据接触面数据确定软组织矫形器与佩戴位置的接触面；然后，基于接触面，一次性快速生成密度一致的面网格；之后，根据佩戴位置和贴合度、透气性、力学参数(强度参数和/或刚度参数)和重量参数，对面网格的密度进行调整，调整之后，提取出所有面网格的结构线，以结构线为基础，按照特定的截面图形进行放样操作，生成由若干杆结构构成的软组织矫形器模型；最后，利用3D打印加工出软组织矫形器。利用上述制备方法能够制备出满足透气性、力学性能、佩戴舒适兼具个性化的软组织矫形器。
一些方式中，软组织矫形器参数可以包括对应于病患部位不同区域的多组贴合度、透气性、力学参数和重量参数，制备软组织矫形器时，按照不同区域的贴合度、透气性、力学参数和重量参数，分别进行面网格的密度调整，从而得到具有杆结构密度不同、孔隙密度不同、力学性能不同的软组织矫形器，达到对病患部位的不同区域进行透气性调节、力学支撑与调节的效果。
一些实施例中，软组织矫形器参数包括材料参数、透气性、力学参数和重量参数；
根据软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；
根据三维模型，生成数字实体模型；
基于数字实体模型，根据软组织矫形器参数，生成矫形器宏观形态，并对矫形器宏观形态进行孔隙化处理，得到具有微观孔隙形态的软组织矫形器模型。
本实施例提供另一种软组织矫形器的制备方法，首先利用三维扫描设备对病患部位进行扫描，获取表面轮廓数据，根据表面轮廓数据重建三维模型；然后，根据三维模型生成矫形器的数字实体模型；之后，将数字实体模型导入三维建模软件中，针对需要优化的部位，根据材料参数、透气性、力学参数和重量参数，设置相应的材料、受力条件、形状控制等参数，并设置期望减重值(减重的百分比)，软件在数字实体模型的基础上根据设置的各项参数，对矫形器宏观形态进行优化处理，生成具有有机形状的矫形器宏观形态；然后，根据透气性、力学参数和重量参数，从基本孔隙形态数据库中选取合适的基本孔隙，在矫形器宏观形态基础上，生成由若干基本孔隙纵横排列且彼此连通的软组织矫形器模型，最后，利用3D打印加工出软组织矫形器。利用上述制备方法能够快速制备出满足透气性、力学性能、佩戴舒适兼具个性化的软组织矫形器。
一些方式中，软组织矫形器参数可以包括对应于病患部位不同区域的多组透气性、力学参数和重量参数，制备软组织矫形器时，按照不同区域的透气性、力学参数和重量参数，对矫形器宏观形态的不同区域进行优化，并可针对不同区域选取对应的基本孔隙，达到对病患部位的不同区域进行透气性调节、力学支撑与调节的效果。
一些实施例中，骨骼硬组织固定器参数包括角度调整量和受力调整量；
根据骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，包括：
根据角度调整量，调整外固定器的调节部件的旋转角度；
根据受力调整量，调整调节部件的牵引力。
本实施例中，外固定器利用骨骼硬组织固定器参数对骨骼硬组织进行调节，可以包括外固定器对骨骼硬组织的牵引力调整，以及外固定器对骨骼硬组织的矫正角度调整。外固定器上设有调节部件，一方面，调节部件可根据受力调整量调节对骨骼硬组织施加的牵引力，促进新骨生长；另一方面，调节部件可根据角度调整量调整向骨骼硬组织施加的旋转角度，将骨骼逐步矫正至正常位置。
本说明书一个或多个实施例还提供一种肌骨一体化畸形矫正器，利用前述的骨骼一体化畸形矫正器制备方法制备而成，肌骨一体化畸形矫正器包括：
用于对病患部位软组织和骨骼硬组织协同矫正的软组织矫形器和外固定器。
结合图2所示，在一些方式中，可利用外固定器对病患部位矫正，通过调整调节部件的长度L，外固定器向骨骼施加牵引力F1，可以刺激分离部位骨组织的生长的和再生，从而生长出新的骨骼组织，以实现肢体硬组织的形态重塑，由于没有软组织矫形器对软组织进行协同矫正恢复，骨骼周围的畸形软组织仍然处于欠干预的畸形状态，这就导致即使骨骼硬组织实现了畸形矫正，但周围软组织仍存在畸形，严重影响畸形治疗的效果。同时，由于缺乏骨骼硬组织与肌肉等软组织的协同矫正，会造成软组织矫正严重滞后于硬组织，最终表现为足下垂、膝关节僵硬，无法屈曲等临床问题。
如图3所示，本实施例提供的矫正器包括同步设计的软组织矫形器和外固定器，一方面，通过调整外固定器的调节部件，能够向骨骼硬组织提供牵引力F1，促进骨骼组织的矫正恢复；另一方面，通过佩戴合适的软组织矫形器，对骨骼周围的软组织提供侧向的矫正力F2，在牵引力F1和矫正力F2的共同配合作用下，实现肌骨一体化的畸形矫正，促进生理功能的重建与恢复。需要说明的是，牵引力F1和矫正力F2具有耦合性，在力的大小，牵引、矫正的速率方面具有高度的协同性，以保证肌骨一体化的协同畸形矫正。
一些实施例中，外固定器包括固定环、驱动单元和至少一个调节部件，调节部件与固定环活动连接，驱动单元驱动调节部件动作，用于调整与固定环连接的骨针向病患部位施加的矫正力。
如图2、5所示，外固定器固定于病患部位，外固定器包括固定环2、至少一个调节部件1、至少一个骨针3，骨针3的一端插入病患部位，另一端通过骨针固定部与固定环2固定连接，调节部件1与固定环2活动连接，驱动单元驱动调节部件1动作，调节部件1动作调整外固定器对病患部位的牵引力和/或矫正角度。
一些方式中，固定环2包括上固定环和下固定环，调节部件为连接杆，连接杆一端与上固定环活动连接，另一端与下固定环活动连接，连接杆可相对上、固定环动作，改变上、下固定环之间的距离，从而改变对病患部位的牵引力和/或矫正角度。
可选的，调节部件还可以是可充气部件，通过向可充气部件充气或者放气，调整上、下固定环之间的距离和/或角度；调节部件也可以是弹性件，通过弹性件提供不同的弹性力，调整上、下固定环之间的距离和/或角度。调节部件的数量、结构形式和设置位置不做具体限定。
一些实施方式中，外固定器还包括控制单元，由控制单元根据骨骼硬组织固定器参数控制驱动单元驱动调节部件动作，实现外固定器的自动调节。外固定器还可包括配置单元，利用配置单元配置骨骼硬组织固定器参数，或者可接收远程发送的骨骼硬组织固定器参数，根据接收的参数调整外固定器的矫正参数。可选的，可利用配置单元配置预定的牵引力，向病患部位的全部区域或局部区域施加静态恒定的牵引力，进行畸形矫正；也可以配置具有预定频率和幅度的牵引力，向病患部位的全部区域或局部区域施加动态变化的牵引力，进行畸形矫正，具体的配置方法和矫正方式不做限定。
可选的，固定环呈圆形或者半圆形，可以套在人体上肢或下肢上，骨针、调节部件和固定环可拆卸式连接。一些场景中，手术时，先对畸形的骨骼进行截骨，然后打孔穿入骨针；手术之后，佩戴软组织矫形器，然后将骨针、调节部件和固定环快速组装，调整外固定器的矫正参数，利用软组织矫形器和外固定器对病患部位进行协同矫正，通过软组织矫形器对软组织不同区域施加不同的矫正力，促进软组织细胞的增殖，实现软组织的正畸和康复，通过外固定器对骨骼硬组织施加的牵引力和/或矫正角度，促进骨细胞增殖，实现病患部位骨骼硬组织的正畸和康复。
一些实施例中，软组织矫形器与病患部位的不同接触区域，具有不同的刚度、透气性、畸形矫正力及生物力学刺激。
结合图5所示，软组织矫形器5佩戴于病患部位，由于针对病患部位的不同区域具有不同的透气性和力学性能，能够对软组织的不同区域提供不同的矫正力，既能满足软组织的透气性要求，明显改善矫形器接触面的力、湿、热等典型问题，提升治疗舒适度，也能满足软组织的力学支撑和功能恢复，提供力生物学刺激，促进成纤维细胞的增殖和塑形，改善矫正过程中局部软组织畸形的压力、血流循环等情况，防止压疮、坏死等不良反应。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、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.肌骨一体化畸形矫正器制备方法，其特征在于，包括：
获取不同时间阶段的病例样本数据；
根据所述病例样本数据，构造训练样本；
获取输入的与不同时间阶段的病例样本数据对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
以对应的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数为输出，利用所述训练样本对机器学习模型进行训练，得到矫正器设计模型；
获取当前时间阶段的病例数据；
将所述当前时间阶段的病例数据输入所述矫正器设计模型，得到当前时间阶段的软组织矫形器参数和骨骼硬组织固定器参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器；
根据所述骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，以利用所述软组织矫形器和所述外固定器对所述病患部位进行协同畸形矫正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软组织矫形器参数包括贴合度、透气性、力学参数和重量参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
确定所述软组织矫形器与病患部位的接触面；
基于所述接触面，生成密度一致的面网格；
根据所述病患部位及所述软组织矫形器参数，通过增加、删除、细化方式中的一种或几种，对所述面网格进行整体或是局部调整，得到密度调整后的面网格；
基于所述密度调整后的面网格，提取面网格的结构线；
以所述结构线为基础，按照特定的截面图形进行放样操作，生成由若干杆结构构成的所述软组织矫形器模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软组织矫形器参数包括材料参数、透气性、力学参数和重量参数；
根据所述软组织矫形器参数，制备用于对病患部位软组织矫正的软组织矫形器包括：
获取病患部位的表面轮廓数据，重建病患部位的三维模型；
根据所述三维模型，生成数字实体模型；
基于所述数字实体模型，根据所述软组织矫形器参数，生成矫形器宏观形态，并对所述矫形器宏观形态进行孔隙化处理，得到具有微观空隙形态的软组织矫形器模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述骨骼硬组织固定器参数包括角度调整量和受力调整量；
根据所述骨骼硬组织固定器参数，调整用于对病患部位骨骼硬组织矫正的外固定器的矫正参数，包括：
根据所述角度调整量，调整所述外固定器的调节部件的旋转角度；
根据所述受力调整量，调整所述调节部件的牵引力。
5.肌骨一体化畸形矫正器，其特征在于，利用如权利要求1-4中任意一项所述的制备方法制备而成，所述矫正器包括：
用于对病患部位软组织和骨骼硬组织协同矫正的软组织矫形器和外固定器。
6.根据权利要求5所述的矫正器，其特征在于，
所述外固定器包括固定环、驱动单元和至少一个调节部件，所述调节部件与所述固定环活动连接，所述驱动单元驱动所述调节部件动作，用于调整与所述固定环连接的骨针向病患部位施加的矫正力。
7.根据权利要求5所述的矫正器，其特征在于，所述软组织矫形器与病患部位的不同接触区域，具有不同的刚度、透气性、畸形矫正力及生物力学刺激。
CN202110687570.2A 2021-06-21 2021-06-21 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法 Active CN113476125B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110687570.2A CN113476125B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110687570.2A CN113476125B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113476125A CN113476125A (zh) 2021-10-08
CN113476125B true CN113476125B (zh) 2022-07-12

Family

ID=77933884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110687570.2A Active CN113476125B (zh) 2021-06-21 2021-06-21 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113476125B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205286636U (zh) * 2015-12-28 2016-06-08 南方医科大学南方医院 改进的渐进性u型低温矫形器
CN105662681A (zh) * 2016-01-20 2016-06-15 国家康复辅具研究中心 具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法
CN106361420A (zh) * 2016-09-12 2017-02-01 义乌敦仁智能科技有限公司 一种骨外固定矫形支架
CN111228012A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 国家康复辅具研究中心 一种变刚度矫形器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8845566B2 (en) * 2012-08-02 2014-09-30 The Regents Of The University Of Michigan Active exoskeletal spinal orthosis and method of orthotic treatment
CN104665970A (zh) * 2015-02-09 2015-06-03 杭州电子科技大学 一种矫形器的三维打印制备方法
CN111274679A (zh) * 2020-01-14 2020-06-12 国家康复辅具研究中心 一种杆结构多孔矫形器的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205286636U (zh) * 2015-12-28 2016-06-08 南方医科大学南方医院 改进的渐进性u型低温矫形器
CN105662681A (zh) * 2016-01-20 2016-06-15 国家康复辅具研究中心 具有宏微观一体化特征的矫形器制作方法
CN106361420A (zh) * 2016-09-12 2017-02-01 义乌敦仁智能科技有限公司 一种骨外固定矫形支架
CN111228012A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 国家康复辅具研究中心 一种变刚度矫形器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113476125A (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2971005C (en) Method for manufacturing an auxiliary device suitable for the manufacture of a patient customized implant
US20160022466A1 (en) Sequential series of orthopedic devices that include incremental changes in form
US20170079828A1 (en) Scoliosis treatment system and method
US20200129237A1 (en) Body engagers and methods of use
JP6757413B2 (ja) 膝関節矯正具製造装置及び膝関節矯正具製造方法並びに膝関節治療支援装置
CN107680163B (zh) 一种个性化3d优化结构内固定板的制作方法及内固定板
CN108056850A (zh) 小儿前臂个性化保护性支具的制作方法
CN112089430A (zh) 骨折和关节置换患者固定钢板制作方法
CN113749836B (zh) 一种用于腰椎椎体骨质疏松性压缩性骨折的智能动态矫形器及应用方法
Górski et al. Rapid manufacturing of individualized prosthetic sockets
Arauz et al. New technologies applied to canine limb prostheses: A review
CN113476125B (zh) 肌骨一体化畸形矫正器及其制备方法
CN112972177A (zh) 一种髋关节置换术用体位架及其制造方法
CN113288383A (zh) 一种足部畸形矫正机器人及其制备方法
US20220076817A1 (en) Method for determining a model of an extremity, computer-readable storage medium and system
Crainiceanu et al. Innovative method of titanium plate use for morphological and functional human face recontruction
RU2651104C1 (ru) Способ моделирования и устройство персонифицированного эндопротеза костей скелета
CN220676179U (zh) 一种修复四肢大关节结构性骨缺损的个体化3d打印假体
Darwich et al. Three-Dimensional Numerical Modeling of Customized Ultrasound-Enhanced Orthotic Devices for the Human Hand
Zuniga et al. Future directions in biomechanics: 3D printing
CN212624155U (zh) 一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体
Liu et al. Topology Optimization Method for Calcaneal Prosthesis
Sang et al. Research progress of finite element method in the biomechanics of the orbit
Caddle et al. Design of patient-specific ankle-foot orthotics
Zhong Biomechanical Analysis of Additive Manufacturing-Oriented Patient-Specific Mandibular Reconstruction Plate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant