[发明专利]长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法和装置

说明书

本发明公开一种长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法，该方法首先建立接骨板螺钉骨折三维装配模型，然后将三维装配模型导入有限元软件进行人体运动仿真分析得到接骨板应力分布图确定应力集中区域，最后结合接骨板尺寸设置短脉冲激光参数对接骨板应力集中区域进行冲击强化调节应力。本发明还公开一种长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法的装置。本发明技术方案选用低模量、高强度β型医用钛合金作为接骨板材料同时结合激光冲击强化技术对接骨板进行冲击强化调节应力，不仅降低现有的接骨板带来明显的应力遮挡效应，还使β型医用钛合金具有更高的疲劳强度和耐腐蚀性。

技术领域

本发明涉及钛合金激光冲击强化技术领域，特别涉及长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法和装置。

背景技术

现有技术中，人体长骨骨折采用接骨板配合螺钉内固定是常用的手术治疗方式之一，目前在临床上，广泛使用接骨板的材料为Ti-6Al-4V，其弹性模量为110GPa，虽然比不锈钢的弹性模量低50％，但相比于人体皮质骨的弹性模量10～20GPa显得还是比较高。因此在骨折愈合过程中会存在明显的应力遮挡，特别是在骨质疏松骨折中显得更加明显。

应力遮挡效应会使得骨折愈合或骨生长缺乏应力刺激而导致骨重建产生负平衡，产生皮质变薄和涉及骨的生物力学性能下降等问题。在临床使用中，钛合金接骨板在螺钉孔处和骨折线重叠处因应力集中而容易发生疲劳断裂，这是长期存在的技术问题，这一技术问题不仅给患者带来不必要的痛苦，也可能引起医疗纠纷。

为了解决上述技术问题，中国发明专利《一种钛合金波形接骨板》(申请号为CN201310515929.3)采用接骨板中部向上拱起，在两侧设有螺钉孔的结构方式构成钛合金波形接骨板，该技术方案的接骨板符合骨折初期要求坚强的内固定，骨折后期骨断面可以承受更多生理性压力特点，使得骨折愈合更加迅速，但是该技术方案的接骨板中部拱起设计扩大了接骨板应力集中区域，接骨板在骨折愈合期中更容易发生疲劳断裂而失效。

中国发明专利《飞秒激光在纯钛植入材料表面处理中的应用》(公开号CN101264551 B)采用飞秒激光扫描纯钛植入物整个表面，在表面制得均匀的条纹、孔洞、沟槽或者这几种构形组合的规则图案，并在表面形成氧化层，该方法制得的表面有利于提高植入物的生物活性，但是也提高了表面的粗糙度，而表面粗糙度提高意味着更大的接触面积，这会加快钛合金在体内的腐蚀分解，影响植入物的耐腐蚀性和疲劳强度。

中国发明专利《激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法及装置》(申请号CN201210141063.X)采用激光气体氮化结合激光冲击强化处理的复合表面改性工艺，对医用钛合金材料进行表面改性，但是该方法需要重复多次脉冲激光冲击处理才能在硬质氮化层表面产生有效残余压应力层，工艺操作过程过于复杂，效率不高。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法，本发明还提出一种使用长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法的装置，旨在降低钛合金接骨板内固定术带来的应力遮挡效应，促进骨骼的愈合和正常重建，提高接骨板的疲劳强度和耐腐蚀性以及内固定术的成功率。

为实现上述目的，本发明提出的长骨骨折β型医用钛合金接骨板激光冲击强化方法，首先建立接骨板螺钉骨折三维装配模型，然后将三维装配模型导入有限元软件进行人体运动仿真分析得到接骨板应力分布图确定应力集中区域，最后结合接骨板尺寸设置短脉冲激光参数对接骨板应力集中区域进行冲击强化调节应力。

优选地，所述方法包括以下步骤：

S1：对患者另一侧完好骨骼进行CT断层扫描获得影像数据；

S2：利用Simpleware软件对所述步骤S1中的影像数据进行逐层提取处理形成骨骼三维模型，对应患者的实际骨折位置，对骨骼三维模型进行骨折化处理；

S3：利用三坐标测量仪扫描接骨板和螺钉以得到点云分布数据；