[发明专利]一种基于拓扑优化的医用固定支具制备方法

说明书

本发明提供了一种基于拓扑优化的医用固定支具制备方法，包括如下步骤：步骤一，确定支具形态；步骤二，设置连续非优化区域，三维建模；步骤三，设置支具固定约束与受力分布，分析结构；步骤四，拓扑优化设计，根据优化结果调整模型；步骤五，根据之前设置的连续非优化区域设置开模线；步骤六，根据支具固定要求进行硅胶填缝处理；步骤七，根据步骤六的设计结果进行生产加工。本发明使得支具在经过优化后，在保护性能不变的情况下，材料节省20％以上，透气性更好，重量更轻，采用对象肢体的表面形态轮廓数据，数据可通过多种设备获取，硬件设备要求低，数据精度可满足设计要求。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种基于拓扑优化的医用固定支具制备方法。

背景技术

骨科创伤常伴有皮肤、骨骼、关节、肌腱、神经和血管损伤。在骨科治疗过程中，受伤部位需要外固定器制动较长的时间才能趋向于正常的康复。目前石膏、高分子绷带、夹板通常被用作外固定的器材。石膏具有可塑性、吸水后固化的特点，但石膏凝固后腔体容量不能被再改变，因此如果对骨折部位包扎过紧，可能造成肢体骨筋膜室综合征，肌肉缺血、坏死，进而发生缺血性肌挛缩，甚至肢体坏疽。且石膏本身具有刺激性，长期固定容易引起皮肤干燥，造成鳞屑或痂皮产生。高分子绷带虽然舒适、轻便，但边缘处较硬，摩擦皮肤，而且塑形较差，不能用于严重型骨折复位。夹板透气性较差，通常有异味，边缘处压迫皮肤，引起患者疼痛，关节固定发生断裂的几率较高。

随着计算机科学技术的飞速发展，结构优化设计已成为获得轻量化和高性能结构的最重要手段之一。拓扑优化是一种确定最佳结构型的设计方法，它已被广泛应用于工程领域。以提高产品的结构性能，拓扑优化以载荷为设计变量，约束产品的形态结果，其无需初始构型，根据施加载荷变量的变化，可得到意想不到的优化设计结果。在形态设计与结构设计领域是一种全新的设计方法。

经过海量检索，发现现有技术中治疗患肢的方法如公开号为CN107563056A公开的一种基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，包括步骤：CT扫描建立骨骼几何模型并选择微结构，将孔隙率、微结构孔径大小、微结构壁厚条件作为拓扑优化的约束条件；以均匀化方法计算等效实体单元属性，并采用有限元以等效实体单元计算植入物力学性能；以密度法拓扑优化技术获得植入物区域内的密度分布，将孔隙率、微结构孔径大小、微结构壁厚条件作为拓扑优化的约束条件；以有限元节点单元位置信息为基础，构建变密度梯度多空骨科植入物的几何模型；通过3D打印加工制造所述变密度多孔金属骨科植入物。本发明骨吸收低、力学性能好、使用寿命长，可降低植入物植入一段时间后进行矫正手术的概率。或如公开号为CN106991720A公开的一种基于有限元分析运算的个性化髋臼重建钢板预弯方法，包括如下步骤：(1)髋臼模型三维重建；(2)髋臼模型实体化；(3)髋臼模型实体化；(4)有限元软件前处理；(5)分析运算模拟预弯，预弯钢板模型通过工艺加工成型作为成品钢板。本发明的一种基于有限元分析运算的个性化髋臼重建钢板预弯方法，在现有内固定植入物产品体系下，通过数值模拟，借助有限元分析运算模拟钢板预弯，其简化了设计流程，提供符合患者病情的个性化预弯数字钢板。或如公开号为CN105930617A公开的一种刚度可控的骨肿瘤缺损修复植入体设计和成型方法，包括如下步骤：影像数据采集及预处理；逆向图像融合配准并构造精确曲面实体化修复体模型；微观多孔方案设计并行有限元分析优化多孔设计方案；导入3D打印系统打印成型。本发明根据人体结构形态对称特性，结合数字建模、有限元分析及医学3D打印技术，实现骨肿瘤切除术后缺损区重建修复体的个性化多孔结构、力学优化设计及3D打印成型，不仅提高了个体化解剖形态的重建效果及修复体的设计成型效率，降低时间及材料成本，更优化了重建后的力学特性及骨整合微环境，利于骨缺损区的骨生长修复。

综上所述，现有技术中的治疗患肢的方法多为打造合适的支具，而打造方法并不完善，结构复杂，不利于支具的穿戴与调整。

发明内容

本发明提出了一种基于拓扑优化的医用固定支具制备方法以解决所述问题，

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：