一种股骨置钉模块及其制作方法

文档序号:666372 发布日期:2021-04-30 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 一种股骨置钉模块及其制作方法 (Femur nail-placing module and manufacturing method thereof ) 是由 占师 胡海 张长青 姜达君 徐健 于 2021-01-20 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种股骨置钉模块及其制作方法,包括:板状主体,板状主体紧贴患者的股骨的外侧表面设置;第一柱体,第一柱体呈圆柱形结构,且第一柱体的一端与板状主体远离股骨的一侧连接;第二柱体,第二柱体呈圆柱形结构,且第二柱体的一端与板状主体远离股骨的一侧连接;第三柱体,第三柱体呈圆柱形结构,且第三柱体的一端与板状主体远离股骨的一侧连接;其中,板状主体、第一柱体、第二柱体和第三柱体为一体式结构。通过对本发明的应用,可快速、精准地完成对患者的股骨骨折的固定处理,在对应的安装孔内装入对应的螺栓后可使患者的股骨头、大转子以及股骨颈之间形成稳定的联系;且本发明结构简单、使用方便、易于3D打印生产。(The invention discloses a femur nail placing module and a manufacturing method thereof, wherein the femur nail placing module comprises the following steps: a plate-like body disposed in close proximity to an outer surface of a femur of a patient; the first cylinder is of a cylindrical structure, and one end of the first cylinder is connected with one side, away from the femur, of the plate-shaped main body; the second column body is of a cylindrical structure, and one end of the second column body is connected with one side, away from the femur, of the plate-shaped main body; the third cylinder is of a cylindrical structure, and one end of the third cylinder is connected with one side, away from the femur, of the plate-shaped main body; wherein, platelike main part, first cylinder, second cylinder and third cylinder formula structure as an organic whole. By applying the invention, the fixation treatment of the femoral fracture of the patient can be rapidly and accurately finished, and the femoral head, the greater trochanter and the femoral neck of the patient can form stable connection after the corresponding bolts are arranged in the corresponding mounting holes; the invention has simple structure, convenient use and easy 3D printing production.)

一种股骨置钉模块及其制作方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域,尤其涉及一种股骨置钉模块及其制作方法。

背景技术

在临床中较为常见的骨折情况便是便是股骨颈骨折,通常发生于50岁以上的老年人身上。此外,诸如高空坠落、重压伤、车祸等意外的发生,年轻患者的股骨颈骨折发病率亦呈上升趋势。而股骨颈由于局部剪力作用,骨折不易固定。

而股骨主要是包括了上端朝向内上方且末端膨大呈球形的股骨头,股骨头的外下方较细的部分的股骨颈,颈体交界处的向上隆起的大转子。通常对于股骨颈骨折采取的治疗方法大多都是要先对股骨颈以及大转子通过钢板进行固定,并通过医用固定螺栓对大转子和股骨颈以及股骨头进行固定,然而,现有的股骨用置钉工具往往生产较为麻烦,且使用起来也有较多的不便之处,大大降低了医护人员的工作效率,也给患者带来了不好的治疗体验;且在对股骨用置钉导向工具的生产过程中往往较为不便,很难针对不同患者进行合理的适配。

发明内容

有鉴于此,为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种股骨置钉模块,包括:

板状主体,所述板状主体紧贴患者的股骨的外侧表面设置;

第一柱体,所述第一柱体呈圆柱形结构,且所述第一柱体的一端与所述板状主体远离所述股骨的一侧连接;

第二柱体,所述第二柱体呈圆柱形结构,且所述第二柱体的一端与所述板状主体远离所述股骨的一侧连接;

第三柱体,所述第三柱体呈圆柱形结构,且所述第三柱体的一端与所述板状主体远离所述股骨的一侧连接;

其中,所述板状主体、所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体为一体式结构;

所述第一柱体沿轴向方向开设有一第一安装孔,所述第一安装孔贯穿所述第一柱体和所述板状主体设置;

所述第二柱体沿轴向方向开设有一第二安装孔,所述第二安装孔贯穿所述第二柱体和所述板状主体设置;

所述第三柱体沿轴向方向开设有一第三安装孔,所述第三安装孔贯穿所述第三柱体和所述板状主体设置。

在另一个优选的实施例中,所述第一安装孔远离所述板状主体的一端的内侧设置有螺纹结构;所述第二安装孔远离所述板状主体的一端的内侧设置有螺纹结构;所述第三安装孔远离所述板状主体的一端的内侧设置有螺纹结构。

在另一个优选的实施例中,还包括:第一导向筒、第二导向筒和第三导向筒,所述第一导向筒、所述第二导向筒和所述第三导向筒均为中空且两端开口的圆筒状结构,所述第一导向筒的一端螺纹连接于所述第一安装孔内、所述第二导向筒的一端螺纹连接于所述第二安装孔内,所述第三导向筒螺纹连接于所述第三安装孔内。

在另一个优选的实施例中,所述第一安装孔靠近所述板状主体的一端的内径大于所述第一安装孔靠近所述第一柱体的一端的内径,所述第二安装孔靠近所述板状主体的一端的内径大于所述第二安装孔靠近所述第二柱体的一端的内径,所述第三安装孔靠近所述板状主体的一端的内径大于所述第三安装孔靠近所述第三柱体的一端的内径。

在另一个优选的实施例中,所述第一柱体的轴线、所述第二柱体的轴线、所述第三柱体的轴线、第一导向筒的轴线、第二导向筒的轴线和第三导向筒的轴线均平行设置。

在另一个优选的实施例中,所述板状主体沿竖直方向紧贴所述股骨的外侧,所述板状主体的下部的两侧分别朝向靠近所述股骨的方向弯曲并使得所述板状主体的下部靠近所述股骨的一侧形成一个凹面,所述凹面半包围于所述股骨的外侧。

在另一个优选的实施例中,所述板状主体、所述第一柱体、所述第二柱体和所述第三柱体均采用3D打印材料制成。

在另一个优选的实施例中,所述第一导向筒、所述第二导向筒和所述第三导向筒均采用金属材料制成。

一种股骨置钉模块的制作方法,包括上述任意一项所述的股骨置钉模块,具体包括如下步骤:

步骤S01、对患者的股骨进行扫描并获取所述股骨的扫描数据;

步骤S02、根据所述扫描数据建立所述股骨的3D模型;

步骤S03、沿所述3D模型的股骨颈的径向进行若干次切割,并获得对应的若干个切割面;

步骤S04、对每一所述切割面的面积进行计算,对每一所述切割面的形心的坐标进行计算;

步骤S05、通过若干所述形心的坐标绘制出一条经过所述股骨颈的中心轴线;

步骤S06、沿所述中心轴线再对所述股骨颈进行若干次切割得到若干径向面,并选取面积最小的一个所述径向面作为股骨颈最窄面;

步骤S07、可移动地在所述3D模型上设置一导针模型,所述导针模型包括:针状模型部和连接于所述针状模型部的一端的螺帽模型部,所述针状模型部平行于所述中心轴线设置;

步骤S08、使得螺帽模型部沿所述针状模型部的轴线方向投影至所述股骨颈最窄面上,并形成一个螺帽投影圆面;

步骤S09、沿中心轴线的径向移动所述螺帽投影圆面,使得所述螺帽投影圆面与所述股骨颈最窄面的边缘相接触,且在接触时,记录此时所述螺帽投影圆面的中心点为一个基准点;

步骤S10、通过继续移动所述螺帽投影圆面,在所述股骨颈最窄面的边缘处形成三个所述基准点,三所述基准点分别与所述股骨颈最窄面的形心连接并形成三条基准线,并使每相邻的两所述基准线之间夹角为120度;

步骤S11、获取所述3D模型的大转子的外侧表面轮廓的数据并设计所述板状主体的模型,使得所述板状主体的模型的一侧与所述3D模型的大转子的外侧紧贴;

步骤S12、绘制三条基准轴线,每一所述基准轴线分别通过一所述基准点,且每一所述基准轴线均平行于所述中心轴线;

步骤S13、延伸三所述基准轴线至所述板状主体模型上,并根据三所述基准轴线穿过所述板状主体的模型的位置设计所述第一柱体的模型、所述第二柱体的模型和所述第三柱体的模型;

步骤S14、整理所述板状主体的模型数据、所述第一柱体的模型数据、所述第二柱体的模型数据、以及所述第三柱体的模型数据,并输入3D打印机中进行一体式制作生成。

本发明由于采用了上述技术方案,使之与现有技术相比具有的积极效果是:通过对本发明的应用,可快速、精准地完成对患者的股骨骨折的固定处理,在对应的安装孔内装入对应的螺栓后可使患者的股骨头、大转子以及股骨颈之间形成稳定的联系;且本发明结构简单、设计便捷、易于3D打印生产。

附图说明

图1为本发明的一种股骨置钉模块的安装示意图;

图2为本发明的一种股骨置钉模块的导针配合示意图;

图3为本发明的一种股骨置钉模块的外侧面示意图;

图4为本发明的一种股骨置钉模块的定位点切割示意图;

图5为本发明的一种股骨置钉模块的股骨颈最窄面示意图;

图6为本发明的一种股骨置钉模块的导针模型使用示意图;

图7为本发明的一种股骨置钉模块的基准点确定示意图。

附图中:

1、板状主体;2、股骨;11、第一柱体;12、第二柱体;13、第三柱体;111、第一安装孔;121、第二安装孔;131、第三安装孔;3、第一导向筒;4、第二导向筒;5、第三导向筒;6、第一导针;7、第二导针;8、第三导针;21、股骨颈;22、股骨头;23、大转子;24、股骨基;211、切割面;212、股骨颈最窄面;9、导针模型;91、针状模型部;92、螺帽模型部;921、螺帽投影圆面;922、基准点;923、形心;924、定位点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。

如图1至图7所示,示出一种较佳实施例的股骨置钉模块,包括:板状主体1,板状主体1紧贴患者的股骨2的外侧表面设置;第一柱体11,第一柱体11呈圆柱形结构,且第一柱体11的一端与板状主体1远离股骨2的一侧连接;第二柱体12,第二柱体12呈圆柱形结构,且第二柱体12的一端与板状主体1远离股骨2的一侧连接;第三柱体13,第三柱体13呈圆柱形结构,且第三柱体13的一端与板状主体1远离股骨2的一侧连接。进一步地,通过板状主体1与患者的股骨2的大转子的外侧紧密贴合,并通过第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13形成对后续安装的螺栓钉进行安装的导向作用,第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13均可操作地插入一螺栓钉,并使得螺栓钉穿过大转子以及股骨2颈后并固定于股骨2头内,从而为患者提供稳定的股骨2固定。

进一步,作为一种较佳的实施例,板状主体1、第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13为一体式结构。进一步地,在实际生产过程中,板状主体1、第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13是在电脑软件的帮助设计好后通过3D打印机进行一体化制造而成。

进一步,作为一种较佳的实施例,第一柱体11沿轴向方向开设有一第一安装孔111,第一安装孔111贯穿第一柱体11和板状主体1设置。进一步地,通过第一安装孔111对后续的第一导向筒3或螺栓钉形成导向以及安装位置的限定。

进一步,作为一种较佳的实施例,第二柱体12沿轴向方向开设有一第二安装孔121,第二安装孔121贯穿第二柱体12和板状主体1设置;进一步地,通过第二安装孔121对后续的第二导向筒4或螺栓钉形成导向以及安装位置的限定。

进一步,作为一种较佳的实施例,第三柱体13沿轴向方向开设有一第三安装孔131,第三安装孔131贯穿第三柱体13和板状主体1设置。进一步地,通过第二安装孔121对后续的第二导向筒4或螺栓钉形成导向以及安装位置的限定。

进一步,作为一种较佳的实施例,第一安装孔111远离板状主体1的一端的内侧设置有螺纹结构;第二安装孔121远离板状主体1的一端的内侧设置有螺纹结构;第三安装孔131远离板状主体1的一端的内侧设置有螺纹结构。进一步地,上述的螺纹结构为第一安装孔111、第二安装孔121、第三安装孔131形成的同时生成,即实际表现为在第一安装孔111的内侧、第二安装孔121的内侧、第三安装孔131的内侧形成螺纹,以为后续的第一导向筒3、第二导向筒4、第三导向筒5的安装提供便捷。

进一步,作为一种较佳的实施例,还包括:第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5,第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5均为中空且两端开口的圆筒状结构,第一导向筒3的一端螺纹连接于第一安装孔111内、第二导向筒4的一端螺纹连接于第二安装孔121内,第三导向筒5螺纹连接于第三安装孔131内。进一步地,第一导向筒3的一端的外缘设置有与上述螺纹结构匹配的螺纹,第二导向筒4的一端的外缘设置有与上述螺纹结构匹配的螺纹、第三导向筒5的一端的外缘设置有与上述螺纹结构匹配的螺纹,从而使得医护人员可以通过拧动的操作方式使得第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5分别安装于第一柱体11内、第二柱体12内和第三柱体13内;且第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5优选地采用金属材料制成,使得相应的导向筒具有更高的抗弯折、抗磨损能力;使得相应的导针高速钻入时,第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5不易受外力发生折断和磨损。

在另一个优选的实施例中,第一安装孔111靠近板状主体1的一端的内径大于第一安装孔111靠近第一柱体11的一端的内径,第二安装孔121靠近板状主体1的一端的内径大于第二安装孔121靠近第二柱体12的一端的内径,第三安装孔131靠近板状主体1的一端的内径大于第三安装孔131靠近第三柱体13的一端的内径。进一步地,具体地说,第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13以及板状主体1共同呈一体式结构,第一安装孔111、第二安装孔121、以及第三安装孔131分别对应成型于相应的柱体以及板状主体1的相应位置处,且第一安装孔111、第二安装孔121、第三安装孔131分别于板状主体1处的孔段为近端,第一安装孔111、第二安装孔121、第三安装孔131分别于对应的柱体处的孔段为远端,换句话说,上述的近端位于板状主体1靠近股骨的一侧处,上述的远端位于第一柱体11或第二柱体12或第三柱体13内;近端的直径大于远端的直径;优选地,上述的孔段为截面呈圆形的通道,从而确保了在导针或者其他结构进入到板状主体1靠近股骨的一侧处时不会由于略微的偏转而与板状主体之间发生过度摩擦而导致变形和磨损。

进一步,作为一种较佳的实施例,在对上述的股骨置钉模块进行使用时,应还包括与上述的导向筒配合使用的第一导针6、第二导针7和第三导针8,第一导针6可插入地安装于第一导向筒3内,第二导针7可插入地安装于第二导向筒4内,第三导针8可插入地安装于第三导向筒5内。进一步地,在实际的使用过程中,医护人员应先根据患者的股骨2情况对板状主体1、第一柱体11、第二柱体12、第三柱体13进行预先设置,再先将板状主体1与患者的股骨2表面贴合,再将金属材质制成的第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5进行与板状主体1的匹配安装,进而将第一导针6、第二导针7和第三导针8分别沿第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5进行钉入安装从而完成初步定位,在第一导针6、第二导针7和第三导针8的插入股骨过程中,导针本身与板状主体1以及第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13之间不发生接触,定位过程中可通过CT摄影装置等对股骨2内的第一导针6、第二导针7和第三导针8的位置是否正确进行判断;确认定位准确后,先将第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5拧下,再将板状主体1取下,此时仅保留定位用的第一导针6、第二导针7和第三导针8与股骨连接,而后将空心钉沿着第一导针6、第二导针7和第三导针8进行拧入,具体地说,导针的外径应与空心钉的内径相匹配,空心钉套设在第一导针6、第二导针7和第三导针8的外侧打入股骨,最后退出第一导针6、第二导针7和第三导针8,仅保留拧入股骨固定的空心钉,完成整个股骨的固定。

进一步,作为一种较佳的实施例,第一导针6、第二导针7和第三导针8可采用显影材料制成,或在第一导针6、第二导针7和第三导针8的表面形成显影材料制成的外壳,以方便医学影像装置对第一导针6、第二导针7和第三导针8的位置进行观测。

进一步,作为一种较佳的实施例,第一柱体11的轴线、第二柱体12的轴线、第三柱体13的轴线、第一导向筒3的轴线、第二导向筒4的轴线、第三导向筒5的轴线、第一导针6的轴线、第二导针7的轴线和第三导针8的轴线均平行设置。

以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式:

本发明的进一步实施例中,板状主体1沿竖直方向紧贴股骨2的外侧,板状主体1的下部的两侧分别朝向靠近股骨2的方向弯曲并使得板状主体1的下部靠近股骨2的一侧形成一个凹面,凹面半包围于股骨2的外侧。进一步地,使得板状主体1尽可能地与股骨2的大转子的外侧表面贴合,避免医护人员在操作时板状主体1意外滑落。

本发明的进一步实施例中,板状主体1、第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13均采用3D打印材料制成。进一步地,选用的3D打印材料在上述的股骨2置钉模块制作完成后应具有一定的硬度,优选地,可采用PLA塑料打印材料。

本发明的进一步实施例中,第一导向筒3、第二导向筒4和第三导向筒5均采用金属材料制成。

本发明的进一步实施例中,板状主体1的上边缘呈中部突出的弧形设置。进一步地,改善患者的治疗体验,避免板状主体1的外缘存在有尖锐突出,从而防止患者的组织神经产生痛感。

一种股骨置钉模块的制作方法,包括上述任意一项的股骨置钉模块,具体包括如下步骤:

步骤S01、对患者的股骨2进行扫描并获取股骨2的扫描数据;进一步地,通过X光以及CT拍片等技术对患者的股骨2进行扫描从而准确获取患者的股骨2的3D信息。

步骤S02、根据扫描数据建立股骨2的3D模型;进一步地,在电脑软件的帮助下,扫描设备将获取到的3D信息传输至医护人员的电脑中,电脑软件自动生成相应的3D模型。

步骤S03、沿3D模型的股骨颈21的径向进行若干次切割,并获得对应的若干个切割面211;进一步地,医护人员通过对电脑软件的操作对生成的3D模型的股骨2的股骨颈21部分粗估大略的径向位置并进行切割并对应生成若干个切割面211。

在步骤S03另一优选的实施例中,可进行如下的操作方法以达到与上述的S03相同的目的;医护人员通过对电脑软件的操作对生成的3D模型的股骨2的股骨颈21部分粗估大略的径向位置并进行切割并对应生成至少两个初始的切割面211,在实际操作过程中,首先可分别在股骨头22的下缘(股骨颈21靠近股骨头22的一端)以及股骨基24(股骨颈21靠近大转子23的一端)的部分进行取点式定位,具体地说,使得整个3D模型沿竖直方向放置,并拖拽移动3D模型使得医护人员可观察到整个股骨2的一侧的视角,如图3的视角,通过计算机软件等辅助工具在股骨头22的下缘以及股骨基24上分别取三个不呈一条直线的定位点924,换句话说,在股骨颈21的两端分别取三个定位点924,且由于股骨颈21的外缘是弧形的,可沿附图3中的上、中、下的位置取三个上述的定位点924,该三个定位点924形成一个穿过股骨颈21的平面,该平面呈三角形,该平面延伸覆盖到整个股骨颈21上则形成了上述的初始的切割面;通过对两组,每组三个的定位点924分别进行两次切割,获得两个上述的初始的切割面211,再对上述的两个初始的切割面211的形心进行计算确认位置,并将上述的两初始切割面的形心进行连接形成一条初始连线,沿该初始连线进行若干次的等距切割形成所需的若干个切割面211。

步骤S04、对每一切割面211的面积进行计算,对每一切割面211的形心923的坐标进行计算;进一步地,通过计算机软件计算并获得每一切割面211的面积,并对每一切割面211的形心923计算,形心923的计算过程中可将整个切割面211视为一个封闭的非自交多边形,对于上述的封闭的非自交多边形有如下形心计算公式:

步骤S05、通过若干所述形心的坐标绘制出一条经过所述股骨颈的中心轴线。进一步地,对每一获得的切割面211的形心923进行记录,并通过最小二乘法的方式拟合形成上述的中心轴线;换句话说,通过数学计算的方式求出一条最为接近若干个形心923的轴线;此外,也可在每一切割面211生成时同步进行该切割面的形心以及面积的计算,并将若干个形心923的坐标进行依次记录,并通过计算机软件绘制出一条最接近上述的若干形心923的直线,该直线即为上述的中心轴线。

步骤S06、沿所述中心轴线再对所述股骨颈进行若干次切割得到若干径向面,并选取面积最小的一个所述径向面作为股骨颈最窄面。进一步地,每一上述的径向面均与上述的中心轴线垂直设置,通过面积最小的径向面来限定后续的制作尺寸的设计。

步骤S07、可移动地在3D模型上设置一导针模型9,导针模型9包括:针状模型部91和连接于针状模型部91的一端的螺帽模型部92,针状模型部92的轴线平行于中心轴线设置;进一步地,导针模型9为软件内预设的虚拟模型,通过对导针模型9的合理移动从而具体确定设计数据,其中,螺帽模型部92的直径大于针状模型部91的直径,且螺帽模型部92的直径还应大于上述的空心钉的直径。

步骤S08、使得螺帽模型部92沿针状模型部91的轴线方向投影至股骨颈最窄面212上,并形成一个螺帽投影圆面921;进一步地,针状模型部91与螺帽模型部92同轴设置,且针状模型部91的轴线方向优选地垂直于上述的股骨颈最窄面。

步骤S09、沿中心轴线的径向移动螺帽投影圆面921,使得螺帽投影圆面921与股骨颈最窄面212的边缘相接触,且在接触时,记录此时螺帽投影圆面921的中心点为一个基准点922;

步骤S10、通过继续移动螺帽投影圆面921,在股骨颈最窄面212的边缘处形成三个基准点922,三基准点922分别与股骨颈21最窄面的形心连接并形成三条基准线,并使每相邻的两基准线之间夹角为120度;

步骤S11、获取3D模型的大转子23的外侧表面轮廓的数据并设计板状主体1的模型,使得板状主体1的模型的一侧与3D模型的大转子23的外侧紧贴;

步骤S12、绘制三条基准轴线,每一基准轴线分别通过一基准点922,且每一基准轴线均平行于中心轴线;

步骤S13、延伸三基准轴线至板状主体1模型上,并根据三基准轴线穿过板状主体1的模型的位置设计第一柱体11的模型、第二柱体12的模型和第三柱体13的模型;进一步地,三上述的基准轴线即为第一柱体11的轴线、第二柱体12的轴线、以及第三柱体13的轴线。

步骤S14、整理板状主体1的模型数据、第一柱体11的模型数据、第二柱体12的模型数据、以及第三柱体13的模型数据,并输入3D打印机中进行一体式制作生成。进一步地,通过3D打印机并配合合适的PLC塑料打印材料对板状主体1、第一柱体11、第二柱体12和第三柱体13进行一次性打印生成;同时还可根据第一柱体11的数据、第二柱体12的数据和第三柱体13的自动设计并预留出相应的第一安装孔111、第二安装孔121以及第三安装孔131。

综上,通过对本发明的应用,可快速、精准地完成对患者的股骨2骨折的固定处理,在对应的安装孔内装入对应的螺栓后可使患者的股骨头22、大转子23以及股骨颈21之间形成稳定的联系;且本发明结构简单、设计便捷、易于3D打印生产。

以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。

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