[发明专利]一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器具领域，尤其是涉及一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板及制备方法。

背景技术

近年来由于医学成像设备和计算机软硬件的飞速发展，医学断层切片图像的三维重建已经引起了广泛的注意并进一步临床诊断方面实现了应用，用时对医学诊断、治疗创造了有利的技术支持，并为生物3D打印技术提供了基础磐石。三维重建技术，能够在任何方向上和任何角度进行观察，可由三维图像在旋转的过程中深入观察解剖结构、病患范围和位置的之间的空间关系，这种技术能够为临床医生解决二维影像观察不方便、不行西等问题，并为手术方法和手术路径的选择提供了重要依据。另外，手术导板（手术引导板是手术工具进行精确定位的辅助治具）能够根据患者特点和病变骨表面的特点进行符合每个患者的个性化设计，使用时只需紧贴骨面，即可对手术工具有效定位。通过手术导板的使用避免了先前医生通过视觉观测和简单的尺子工具测量造成的巨大错误和手术风险，提高手术效率和成功率。

二十一世纪以来，通过使用有限元分析对骨科生物力学的研究不断发展， 有限元模型逐渐应用于人体骨骼生物力学分析，有限元分析方式测试所需时间少、成本小、力学性能测试全面、可重复性好、可以准确反映解剖学结构特点，虚拟仿真手术方式及过程。当前3D打印机可以将精度达到0.1mm，这一点极大的提升了手术精确度，从而提高手术的速度和效率降低了手术事故风险，确保手术成功。

本研究设计正是在这样的背景下提出的。本研究为腰椎的椎弓根螺钉进钉精确的定位和导向，提供了一种快速的、利用有限元受力分析来计算腰椎受力大小和位移大小来确定入钉导向的、进行曲面拟合更接近于真实解剖学形态的个性化腰椎螺钉植入定位导向的医疗器具及其制备方法。

发明内容

为了实现对腰椎椎体进行有限元受力分析来辅助确定腰椎的椎弓根螺钉进钉精确的定位和导向,本发明的目的是提供一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板，运用3D打印技术将其打印实物用于手术过程。其中包括：导板一块、左右两个椎弓根螺钉进钉通道；所述导板的下曲面与腰椎椎骨后椎板表面反向一致，上曲面与椎骨表面一致；螺钉进钉通道的位置与角度经有限元受力分析后确定，螺钉通道在导板上曲面向外部延伸30mm~50mm。导向钉道能够让椎弓根螺钉准确进入人体腰椎，能够预防螺钉错位和椎弓根的断裂的手术风险，能够让手术操作变得简便容易。

进一步所述的一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板，导板可以安装在1到5号腰椎的任意一块后椎板上，导板上设置与螺钉进钉位置角度一样的螺钉导向通道其数目为所需螺钉个数保持一致，导板体积小且不需要导板棘突孔。

进一步所述的一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板体积小设计于两个椎骨棘突之间不需要设计棘突孔，椎弓根螺钉导向通道设计在了导板的两侧。

进一步所述的导板上的螺钉导向通道，分别设计位于导板的左右两侧互不干扰，且于进钉孔道反向一致。

进一步所述的进钉孔道，其中进钉点位置与角度是在对腰椎椎骨进行有限元的力学计算分析之后确定的。

进一步，所述的进钉导向通道，导板上的进钉孔避开了椎骨的棘突分列在导板的左右两侧，并由导板的上曲面向外延伸30mm~50mm。

进一步，一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板，导板底部曲面能够与患者腰椎椎骨表面紧密贴合，且导板拥有与腰椎椎骨椎板表面形状一致的上曲面。

本发明还公开了一种基于有限元力学分析的腰椎螺钉植入导板制作方法：

步骤１：采集病患的MPI和CT生成的医学图像的标准数据——DICM数据；

步骤２：通过Mimics17.0之中的选项New Project进行新项目的建立，并导入DICOM数据确定CT导入的三维方向后将其转化为可以进行研究模型；

步骤３：选择semgentation中的thresholding选项进行阈值分割，之后选择Region Growing选项进行区域生长运算，选择segentation中的Edit mask in 3D现象建立三维模型通过Remove选择自己需要的部位之后生成蒙板；

步骤４：选择masks中的calculate 3D选项对选择的蒙板建立三维模型，通过export中的Binary STL选项将三维模型导出并保存为STL格式文件；