CN118121300B - 治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法以及解剖钢板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法以及解剖钢板，设计方法包括：获取患者骨折后的高精度三维模型；在高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型；根据复位后的骨骼模型建立有限元模型并进行有限元分析，确定复位后的骨骼模型的受力情况；在复位后的骨骼模型的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接横截面和冠状面点阵以得到连接曲线，根据连接曲线得到钢板片体的实体设计；根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板。通过本申请提供的技术方案，能够解决相关技术中的传统内固定系统固定不稳定，影响骨折的愈合过程的问题。

Description

治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法以及解剖钢板

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法以及解剖钢板。

背景技术

股骨远端骨折占股骨骨折的6％，多见于多发伤和老年人中。骨折后因为不能活动，很容易造成深静脉血栓、肺部感染及压疮等并发症。因此，早日对股骨骨折进行稳定的固定，是避免各种并发症的重点。

股骨远端骨折常常需要手术治疗，在相关技术中，普遍采用的加压钢板、髓内钉、Liss钢板以及外固定架等，均难以获得满意的疗效，二次翻修比率特别高，特别是对于内侧髁骨折的C型骨折，由于缺少合适的内侧固定钢板，易出现伸膝装置粘连及骨折畸形愈合、延迟愈合、不愈合和膝关节僵硬等并发症。对于严重骨质疏松的老年人，由于固定强度依然有限，后期骨折移位、内翻畸形和不愈合的风险较大。

对于内侧钢板的使用，通常有两种类型，一种为配合外侧钢板进行使用，这种情况适用于内外股骨髁均有骨折的情况，且对患者受力情况影响较大，一种为单独使用于内侧钢板，这种情况适用于纯内侧髁骨折的情况，此时内侧钢板需要承力，对钢板的强度要求比较高，但是这两种情况目前均没有合适的与患者解剖形态相匹配的内固定钢板系统。

因此，如果钢板与患者解剖形态或者骨折形态不匹配，使用传统内固定系统（例如传统钢板和螺钉固定的方式）难以提供足够的稳定性，导致固定不稳定，影响骨折的愈合过程。

发明内容

本发明提供一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法以及解剖钢板，以解决相关技术中的传统内固定系统固定不稳定，影响骨折的愈合过程的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法包括：获取患者骨折后的高精度三维模型；在高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型；根据复位后的骨骼模型建立有限元模型并进行有限元分析，确定复位后的骨骼模型的受力情况；在复位后的骨骼模型的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接横截面和冠状面点阵以得到连接曲线，根据连接曲线得到钢板片体的实体设计；根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板。

进一步地，治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法还包括：将复位后的骨骼模型与解剖钢板进行结合，得到结合模型；对结合模型进行有限元分析，若结合模型满足受力要求，则判定解剖钢板设计完成，若结合模型不满足受力要求，则再次执行以下步骤：根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板，直至结合模型满足受力要求。

进一步地，根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板的步骤包括：若解剖钢板为内侧钢板且为非承力钢板，则判定解剖钢板需与外侧钢板配合进行使用，将解剖钢板的远端厚度设计为3mm至5mm，解剖钢板的干部厚度设计为4mm至6mm；若解剖钢板为内侧钢板且为承力钢板，则根据患者软组织的情况对解剖钢板的远端厚度进行调整，根据复位后的骨骼模型的受力情况对解剖钢板的干部厚度进行调整。

进一步地，根据患者软组织的情况对解剖钢板的远端厚度进行调整的步骤包括：若患者软组织厚度＜20mm，则将解剖钢板的远端厚度设定在3mm至3.5mm之间；若患者软组织厚度在20mm至30mm之间，则将解剖钢板的远端厚度设定在3.5mm至4.5mm之间；若患者软组织厚度＞30mm，则将解剖钢板的远端厚度设定在4.5mm至5mm之间。

进一步地，根据复位后的骨骼模型的受力情况对解剖钢板的干部厚度进行调整的步骤包括：若复位后的骨骼模型的最大应力小于100Mpa，则将解剖钢板的干部厚度设定在4mm至4.5mm之间；若复位后的骨骼模型的最大应力在100Mpa至150Mpa之间，则将解剖钢板的干部厚度设定在4.5mm至5mm之间；若复位后的骨骼模型的最大应力大于150Mpa则将解剖钢板的干部厚度设定在5mm至6mm之间。

进一步地，根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板的步骤还包括：将钢板片体的下沿设计高于股骨髁关节面1mm至3mm，将钢板片体的远端的宽度设计为25mm至35mm；将钢板片体的远端设计为延伸至股骨髁内侧最前沿，将钢板片体的干部设计为延伸至股骨远端前内侧；将钢板片体的干部的宽度设计为14mm至17mm。

进一步地，根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板的步骤还包括：获取患者骨骼周围的软组织情况，结合软组织情况与解剖钢板的植入位置，对解剖钢板添加斜角和圆角。

进一步地，治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法还包括：获取骨折块的位置，结合骨折块的位置和复位后的骨骼模型的受力情况，确定钉孔位置和钉孔方向。

进一步地，获取骨折块的位置，结合骨折块的位置和复位后的骨骼模型的受力情况，确定钉孔位置和钉孔方向的步骤包括：在钢板片体的远端设计多个第一钉孔，多个第一钉孔的位于最前侧的第一钉孔对应外侧髁设置，多个第一钉孔的位于最远端中间的第一钉孔对应内侧髁设置，其余第一钉孔垂直于矢状面设置；在钢板片体的颈部设计至少两个第二钉孔，至少两个第二钉孔垂直于矢状面设置；在钢板片体的干部设计第三钉孔，第三钉孔与钢板片体相垂直。

根据本发明的另一方面，提供了一种解剖钢板，解剖钢板根据上述提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法加工而成。

应用本发明的技术方案，首先获取患者骨折后的高精度三维模型，然后在高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型，如此能够使得获取的模型与患者的解剖形态相匹配。再根据复位后的骨骼模型建立有限元模型并进行有限元分析，确定复位后的骨骼模型的受力情况，在复位后的骨骼模型的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接横截面和冠状面点阵以得到连接曲线，根据连接曲线得到钢板片体的实体设计。最后根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板。通过上述设计方法，由于获取的模型与患者的解剖形态相匹配，通过有限元分析确定复位后的骨骼模型的受力情况，使得模型更符合患者恢复后的状态。并且，钢板片体的实体设计通过横截面和冠状面点阵获取，再根据复位后的骨骼模型的受力情况和植入情况，调整钢板片体的厚度和形状，得到解剖钢板，如此能够保证解剖钢板的设计精度，使得解剖钢板与患者解剖形态或者骨折形态匹配，进而可以提供足够的稳定性，使得固定稳定，有助于骨折的愈合过程。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的复位后的骨骼模型的示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中点阵拾取的示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中连接曲线的示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中连接曲线的示意图；

图6示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中模型受力的示意图；

图7示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的钢板片体的示意图；

图8示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图9示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图10示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图11示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图12示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图13示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图14示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图15示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板的示意图；

图16示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板与骨骼配合的示意图；

图17示出了根据本发明实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法中的解剖钢板与骨骼配合的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、复位后的骨骼模型；11、钢板片体；12、解剖钢板；13、连接曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图17所示，本发明实施例提供了一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，该治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法包括：

获取患者骨折后的高精度三维模型；

在高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型10，以确保骨折线闭合，同时考虑不同术后负荷情况下的骨折稳定性和功能性要求；

根据复位后的骨骼模型10建立有限元模型并进行有限元分析，确定复位后的骨骼模型10的受力情况，具体为确定复位后的骨骼模型10的受力集中点，通过内固定设计方式，以及内固定强度要求；

在复位后的骨骼模型10的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接横截面和冠状面点阵以得到连接曲线13，并根据解剖情况进行优化，以确保实体部分的形状和结构满足更精确的治疗需求，根据连接曲线13得到钢板片体11的实体设计；

根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，以获得最佳的实体设计，得到解剖钢板12。

应用本实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，由于获取的模型与患者的解剖形态相匹配，通过有限元分析确定复位后的骨骼模型10的受力情况，使得模型更符合患者恢复后的状态。并且，钢板片体11的实体设计通过横截面和冠状面点阵获取，再根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12，如此能够保证解剖钢板12的设计精度，使得解剖钢板12与患者解剖形态或者骨折形态匹配，进而可以提供足够的稳定性，使得固定稳定，有助于骨折的愈合过程。

而相关技术中，复杂的骨折修复手术可能增加术后感染的风险，尤其当骨折碎片数目较多、软组织损伤明显时。并且，传统内固定系统可能需要长时间的康复期，功能恢复可能受到限制，影响患者的生活质量。由于手术损伤范围扩大，周围组织可能受到次损伤，造成额外的困扰和并发症。本实施例提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，能够使得解剖钢板12与患者解剖形态或者骨折形态匹配，简化骨折修复手术，降低术后感染的风险，功能恢复时间短，避免或减少次损伤。

在本实施例中，通过高精度计算机断层扫描（CT）等成像技术，获取患者的DICOM数据集，进行逆向建模，使用计算机生成患者骨折后的高精度三维模型。

具体地，通过高精度计算机断层扫描（CT）等成像技术，获取患者的DICOM数据集，进行逆向建模，使用计算机生成患者骨折后的高精度三维模型的步骤包括：

a)DICOM数据获取：从医疗影像设备（如CT扫描、MRI）中获取患者的DICOM数据集。DICOM数据包含了患者的断层图像信息。

b)DICOM数据预处理：对DICOM数据进行预处理，包括去除噪音、图像校准和切片重建。这些预处理步骤可确保获取高质量的图像数据。

c)三维重建：使用三维重建算法将DICOM切片堆叠起来，生成患者骨骼的三维模型。常用的算法包括体素重建、曲面重建等。这些算法可以将切片图像转换为连续的三维骨骼表面或体素表示。

d)骨骼分割：在三维模型中，进行骨骼分割，将需要使用的骨骼与其他骨骼分离。骨骼分割可以使用手工分割或自动分割算法来实现。

e)三维模型修复和后处理：对骨骼模型进行修复和后处理操作，包括填补空洞、平滑表面、去除异常结构等。这些步骤有助于生成完整、准确的骨骼模型。

在本实施例中，在高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型10的步骤中，利用计算机辅助设计（CAD）软件或专门的医学图像处理工具，对骨折的三维模型进行复位。这包括将骨折线恢复到正常解剖位置，并确保骨折线的闭合。对于骨折缺损的患者，若逆向建模的骨块完整性不够，则需要保证股骨髁外轮廓的以及股骨干的完整性。

在本实施例中，根据复位后的骨骼模型10建立有限元模型并进行有限元分析，确定复位后的骨骼模型10的受力情况的步骤中，采用简化的受力模型，例如体重为70Kg的成人在缓慢行走时，单足着地状态下股骨的受力模式。作用在股骨头上的关节合力为J=1588N，力通过股骨头的球心，且与人体力线的夹角为φ=24.4°。外展肌群肌力为N=1039N，与股骨轴线成θ=29.5°，髂胫束肌力R=169N，方向垂直向下，与人体力线平行。α=135°。在股骨靠近膝关节处施加全固定。其他患者体重可根据该标准体重患者进行受力换算。

将股骨皮质骨、股骨松质骨简化为连续各项同性介质材料，内固定材料弹性模量为110 000Mpa，泊松比为0.30，正常松质骨弹性模量为445Mpa，泊松比0.28。

对有限元模型划分网格之后，计算各个单元的最大主应力，寻找应力集中点，若集中应力点在偏外侧，则需要外侧钢板进行主要承力固定，若集中应力点在偏内侧，则需要内侧钢板进行主要承力固定。也可根据承载的应力大小设置给个性化钢板设置不同的几何特征（例如应力过大，则将钢板的厚度或者宽度加大，以增强钢板的强度，若应力过小，则可以适当的将钢板的宽度或者厚度减小）。

其中，例如体重若为100kg，则该患者的关节合力J=1588*100/70=2268.6N。

在本实施例中，在复位后的骨骼模型10的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接横截面和冠状面点阵以得到连接曲线13，并根据解剖情况进行优化，以确保实体部分的形状和结构满足更精确的治疗需求，根据连接曲线13得到钢板片体11的实体设计的步骤中：冠状面以及横断面基准面与骨骼模型的交点即为需要拾取的点阵；连接横截面和冠状面的点阵，可拟合得到曲线，将不同平面的曲线进行连接，形成片体，并根据解剖情况进行优化，以确保拟合后的形状和结构满足更精确的治疗需求，通过以下步骤：

点阵生成：在横截面和冠状面的高精度三维模型上，选择位于需要连接的区域的一系列点。这些点应该涵盖整个连接区域，并考虑到患者的解剖结构和骨折情况。点的密度和位置应根据需要进行选择；

生成连接曲线13：使用选定的点，可以通过插值或其他数学方法生成连接曲线13。这些曲线将连接不同平面的点阵，形成平滑的过渡。这一步通常涉及到计算机辅助设计（CAD）软件或三维建模工具；

连接曲线13的片体化：将连接曲线13扫描成片体，即在连接曲线13周围创建一个封闭的实体。这可以通过将曲线的截面沿曲线路径延伸来实现。这个过程将生成片体的基本形状；

解剖优化：一旦生成片体，可以对其进行解剖优化。这包括微调片体的形状和结构，以确保其满足更精确的治疗需求。

在本实施例中，治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法还包括：将复位后的骨骼模型10与解剖钢板12进行结合，得到结合模型；对结合模型进行有限元分析，若结合模型满足受力要求，则判定解剖钢板12设计完成，若结合模型不满足受力要求，则再次执行以下步骤：根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12，直至结合模型满足受力要求，如此能够保证解剖钢板12可以满足使用需求。

具体地，根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12，直至结合模型满足受力要求，如此能够保证解剖钢板12可以满足使用需求的步骤包括：

建立骨折复位后的有限元模型：将上述建立的有限元模型进行导入；

建立内固定系统的有限元模型：在骨折复位后的模型基础上，添加内固定系统的有限元模型，包括钢板和螺钉。保持与先前模型相同的边界条件和负荷情况。

内固定系统与骨折模型的结合：在有限元分析软件中将骨折模型和内固定系统进行组装和结合。确保内固定物在模型中的正确位置和方向。

模拟内固定效果的有限元分析：进行有限元分析，模拟骨折模型在内固定系统作用下的受力情况。评估骨折部位受力情况，确定骨折区域的受力分布，特别关注受力集中点。

计算骨质受力情况：根据内固定系统施加的受力情况，计算骨质收到的最大应力。若骨质的最大应力<30Mpa，则认为内固定效果良好，可以进行后续个性化设计的确认和推进。

验证结果与设计调整：若骨质的最大应力≥30Mpa，需要返回设计阶段。调整钢板的几何参数，例如宽度和厚度，以增强内固定效果。重新进行内固定系统的有限元分析，确保内固定效果满足要求。

最终确认和设计：当内固定效果满足预期时，确认个性化设计的有效性，并进行最终的设计确认。生成详细的内固定方案图纸或模型，以供实际手术使用。

其中，根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12的步骤包括：

若解剖钢板12为内侧钢板且为非承力钢板，则判定解剖钢板12需与外侧钢板配合进行使用，将解剖钢板12的远端厚度设计为3mm至5mm，例如3mm、4mm以及5mm，解剖钢板12的干部厚度设计为4mm至6mm，例如4mm、5mm以及6mm；

若解剖钢板12为内侧钢板且为承力钢板，则根据患者软组织的情况对解剖钢板12的远端厚度进行调整，根据复位后的骨骼模型10的受力情况对解剖钢板12的干部厚度进行调整。

在本实施例中，若为内侧钢板为非承力钢板，且需要与外侧钢板配合进行使用，因该钢板为配合外侧钢板进行固定，则该钢板厚度设置可统一远端近关节面为2.5mm厚度，干部设置4mm厚度。

若为内侧钢板为承力钢板，根据患者软组织的不同要求进行该钢板远端厚度的调整。

在本实施例中，根据患者软组织的情况对解剖钢板12的远端厚度进行调整的步骤包括：

若患者软组织厚度＜20mm，则将解剖钢板12的远端厚度设定在3mm至3.5mm之间，例如3mm、3.2mm以及3.5mm；

若患者软组织厚度在20mm至30mm之间，则将解剖钢板12的远端厚度设定在3.5mm至4.5mm之间，例如3.5mm、4mm以及4.5mm；

若患者软组织厚度＞30mm，则将解剖钢板12的远端厚度设定在4.5mm至5mm之间，例如4.5mm、4.7mm以及5mm。

在本实施例中，软组织较薄者，容易造成露出和感染，需要选用更薄的板，设计为3mm左右。软组织正常者，可采用标准厚度，设计为3.5mm。软组织较厚者，可容许选用较厚的板，设计为4mm左右。

在本实施例中，根据复位后的骨骼模型10的受力情况对解剖钢板12的干部厚度进行调整的步骤包括：

若复位后的骨骼模型10的最大应力小于100Mpa，则将解剖钢板12的干部厚度设定在4mm至4.5mm之间，例如4mm、4.2mm以及4.5mm，获得基础抗弯强度；

若复位后的骨骼模型10的最大应力在100Mpa至150Mpa之间，则将解剖钢板12的干部厚度设定在4.5mm至5mm之间，例如4mm、4.5mm以及5mm，增大抗弯强度；

若复位后的骨骼模型10的最大应力大于150Mpa则将解剖钢板12的干部厚度设定在5mm至6mm之间。例如5mm、5.5mm以及6mm，大幅提高抗弯强度，确保固定效果。

其中，干部为应力集中区域，需要优化设计以防断裂，该区域厚度设置根据上述有限元分析后的最大应力结果进行区分。

在本实施例中，根据需要贴合固定的部位，从前内侧方向上完成对加厚体的剪裁，以适配足够对不同骨折块的固定。

其中，根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12的步骤还包括：

将钢板片体11的下沿设计高于股骨髁关节面1mm至3mm，例如1mm、2mm以及3mm，将钢板片体11的远端的宽度设计为25mm至35mm，例如25mm、30mm以及35mm；

将钢板片体11的远端设计为延伸至股骨髁内侧最前沿，将钢板片体11的干部设计为延伸至股骨远端前内侧；将钢板片体11的干部的宽度设计为14mm至17mm，例如14mm、15mm、16mm以及17mm。

在本实施例中，钢板下沿距离股骨髁关节面距离需2mm左右，最远端宽度约为20mm，需根据患者股骨髁的外形进行设计，远端需设计到股骨髁内侧最前沿，干部需设置在股骨远端前内侧，中间使用圆弧进行过渡，干部延伸长度需根据骨折线的位置进行确定，一般干部宽度设置为15-17mm，在骨折线外需要设置4颗螺钉孔的长度，颈部为过渡区域，其厚度和宽度均根据近远端设计情况进行过渡。

在本实施例中，根据复位后的骨骼模型10的受力情况和植入情况，调整钢板片体11的厚度和形状，得到解剖钢板12的步骤还包括：获取患者骨骼周围的软组织情况，结合软组织情况与解剖钢板12的植入位置，对解剖钢板12添加斜角和圆角，以确保手术过程中的优化操作。

具体地，在钢板边缘添加斜角设计，在钢板前后端和钢板翼缘的交接处采用小角度的斜角过渡。这可以避免钢板角对软组织产生压迫，减轻创面张力，利于创面闭合。在钢板凸缘部位添加圆弧过渡，在钢板与骨骼的接触面，利用圆弧形状平滑过渡。这可以减少钢板边缘对软组织的摩擦，防止闭合后造成组织撕裂。优化钢板表面光洁度，采用精密成型工艺，控制表面粗糙度Ra<0.5μm。光洁平滑的表面可以减少创面炎症反应和感染风险。

在本实施例中，治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法还包括：获取骨折块的位置，结合骨折块的位置和复位后的骨骼模型10的受力情况，确定钉孔位置和钉孔方向。

具体地，获取骨折块的位置，结合骨折块的位置和复位后的骨骼模型10的受力情况，确定钉孔位置和钉孔方向的步骤包括：

在钢板片体11的远端设计多个第一钉孔，多个第一钉孔的位于最前侧的第一钉孔对应外侧髁设置，多个第一钉孔的位于最远端中间的第一钉孔对应内侧髁设置，其余第一钉孔垂直于矢状面设置；

在钢板片体11的颈部设计至少两个第二钉孔，至少两个第二钉孔垂直于矢状面设置；

在钢板片体11的干部设计第三钉孔，第三钉孔与钢板片体11相垂直。

在本实施例中，根据骨折块的情况和力学性能结果，在高精度模型上确定最佳的钉孔位置和锁定钉孔方向：最远端近关节面需要设置五颗螺钉（穿设于第一钉孔），螺钉防线根据患者解剖形态进行设计，其中最前侧螺钉需打入外侧髁，最远端中间螺钉需打入内侧髁方向，确保对两侧髁的有效固定以及增加植入长度，远端其余三颗螺钉需垂直于患者矢状面打入，确保最大打入长度；颈部设置两颗螺钉（穿设于第二钉孔）作为过渡，也需要垂直于患者矢状面打入；为增加应力分散效果，干部螺钉（穿设于第三钉孔）均为设置为与钢板设置面垂直方向打入；远端以及颈部螺钉均为单向锁定螺钉，干部为参考常规螺钉式的进行排布，采用复合钉孔，即可使用拉力螺钉，也可使用锁定螺钉，间隔10-15mm进行设置螺钉孔。

其中，钉孔设置需要兼顾以下原则：根据CT鉴定骨折块位置，在骨折线两侧选点设计钉孔。钉孔设计要覆盖骨折块，但避免过密影响骨内血供。近关节平台设计“竹筏”式钉孔排布。钉孔组成网格状排布，每隔15-10mm设计1孔，避免过密或者过松。螺钉设置宜考虑对骨干前后双皮质层的固定。可以实现对骨干前后双皮质层的固定。

本发明又一实施例提供了一种解剖钢板12，该解剖钢板12根据上述提供的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法加工而成。因此，该解剖钢板12能够与患者解剖形态或者骨折形态匹配，进而可以提供足够的稳定性，使得固定稳定，有助于骨折的愈合过程。

具体地，该解剖钢板12的形状和尺寸可根据特定患者的骨折情况和解剖结构进行定制式设计。该解剖钢板12的设计充分考虑多个骨折碎片后的力学传导情况和固定情况，以提供立体定位稳定性。该解剖钢板12的长度和形状充分考虑手术入路的需要、解剖贴附情况以及术后缝合。该解剖钢板12的设计充分考虑骨折愈合的生物力学需求，以促进更快的愈合和患者的康复。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，所述治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法包括：

获取患者骨折后的高精度三维模型；

在所述高精度三维模型上模拟术中复位，获取复位后的骨骼模型（10）；

根据所述复位后的骨骼模型（10）建立有限元模型并进行有限元分析，确定所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况；

在所述复位后的骨骼模型（10）的股骨远端内侧股骨髁部位以及骨干部位提取横截面和冠状面点阵，连接所述横截面和冠状面点阵以得到连接曲线（13），根据所述连接曲线（13）得到钢板片体（11）的实体设计，其中，横截面与所述复位后的骨骼模型（10）的交点以及冠状面与所述复位后的骨骼模型（10）的交点为需要拾取的点阵，将不同平面的所述连接曲线（13）进行连接形成所述钢板片体（11）；

根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况和植入情况，调整所述钢板片体（11）的厚度和形状，得到解剖钢板（12），其中，将所述钢板片体（11）的远端设计为延伸至股骨髁内侧最前沿，将所述钢板片体（11）的干部设计为延伸至股骨远端前内侧；

获取骨折块的位置，结合所述骨折块的位置和所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况，确定钉孔位置和钉孔方向，其中，在所述钢板片体（11）的远端设计多个第一钉孔，多个所述第一钉孔的位于最前侧的所述第一钉孔对应外侧髁设置，多个所述第一钉孔的位于最远端中间的所述第一钉孔对应内侧髁设置，其余所述第一钉孔垂直于矢状面设置。

2.根据权利要求1所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，所述治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法还包括：

将所述复位后的骨骼模型（10）与所述解剖钢板（12）进行结合，得到结合模型；

对所述结合模型进行有限元分析，若所述结合模型满足受力要求，则判定所述解剖钢板（12）设计完成，若所述结合模型不满足受力要求，则再次执行以下步骤：根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况和植入情况，调整所述钢板片体（11）的厚度和形状，得到所述解剖钢板（12），直至所述结合模型满足受力要求。

3.根据权利要求1所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况和植入情况，调整所述钢板片体（11）的厚度和形状，得到所述解剖钢板（12）的步骤包括：

若所述解剖钢板（12）为内侧钢板且为非承力钢板，则判定所述解剖钢板（12）需与外侧钢板配合进行使用，将所述解剖钢板（12）的远端厚度设计为3mm至5mm，所述解剖钢板（12）的干部厚度设计为4mm至6mm；

若所述解剖钢板（12）为内侧钢板且为承力钢板，则根据患者软组织的情况对所述解剖钢板（12）的远端厚度进行调整，根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况对所述解剖钢板（12）的干部厚度进行调整。

4.根据权利要求3所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，根据患者软组织的情况对所述解剖钢板（12）的远端厚度进行调整的步骤包括：

若患者软组织厚度＜20mm，则将所述解剖钢板（12）的远端厚度设定在3mm至3.5mm之间；

若患者软组织厚度在20mm至30mm之间，则将所述解剖钢板（12）的远端厚度设定在3.5mm至4.5mm之间；

若患者软组织厚度＞30mm，则将所述解剖钢板（12）的远端厚度设定在4.5mm至5mm之间。

5.根据权利要求3所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况对所述解剖钢板（12）的干部厚度进行调整的步骤包括：

若所述复位后的骨骼模型（10）的最大应力小于100Mpa，则将所述解剖钢板（12）的干部厚度设定在4mm至4.5mm之间；

若所述复位后的骨骼模型（10）的最大应力在100Mpa至150Mpa之间，则将所述解剖钢板（12）的干部厚度设定在4.5mm至5mm之间；

若所述复位后的骨骼模型（10）的最大应力大于150Mpa则将所述解剖钢板（12）的干部厚度设定在5mm至6mm之间。

6.根据权利要求1所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况和植入情况，调整所述钢板片体（11）的厚度和形状，得到所述解剖钢板（12）的步骤还包括：

将所述钢板片体（11）的下沿设计高于股骨髁关节面1mm至3mm，将所述钢板片体（11）的远端的宽度设计为25mm至35mm；

将所述钢板片体（11）的干部的宽度设计为14mm至17mm。

7.根据权利要求1所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，根据所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况和植入情况，调整所述钢板片体（11）的厚度和形状，得到所述解剖钢板（12）的步骤还包括：

获取患者骨骼周围的软组织情况，结合所述软组织情况与所述解剖钢板（12）的植入位置，对所述解剖钢板（12）添加斜角和圆角。

8.根据权利要求1所述的治疗股骨远端骨折解剖型钢板的设计方法，其特征在于，获取骨折块的位置，结合所述骨折块的位置和所述复位后的骨骼模型（10）的受力情况，确定所述钉孔位置和所述钉孔方向的步骤包括：

在所述钢板片体（11）的颈部设计至少两个第二钉孔，至少两个所述第二钉孔垂直于矢状面设置；

在所述钢板片体（11）的干部设计第三钉孔，所述第三钉孔与所述钢板片体（11）相垂直。