本發(fā)明涉及一種用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定板制作方法及三維固定板。

背景技術(shù)：

下頜骨是人體頜面部骨骼中體積和面積均最大的，也是唯一能活動的面部骨骼，而且處于面部下方，因此在遭受交通事故等意外沖擊時非常容易受到多方向的暴力沖擊。另一方面，下頜骨通過肌肉與顱頜骨相互聯(lián)系，缺少堅強的支撐，因此下頜骨在受到?jīng)_擊時極易發(fā)生骨折，其發(fā)生率占頜面骨折發(fā)生率的72％左右。下頜骨的幾何和生理結(jié)構(gòu)決定了不同區(qū)域發(fā)生骨折概率不同，其中髁突頸部、下頜角和下頜體是骨折易發(fā)區(qū)域。下頜骨骨折后，肌肉的平衡關(guān)系被破壞，骨折段因受到咀嚼肌不同方向的牽引力而發(fā)生移位，引起牙列變形、咬合錯亂及咀嚼功能障礙，甚至阻塞呼吸道，發(fā)生呼吸困難，必須得到即時救治。

下頜骨骨折修復(fù)治療主要包括復(fù)位和固定，其目的在于恢復(fù)重建正確的咬合關(guān)系，并盡快恢復(fù)完整的下頜骨功能。下頜骨骨折復(fù)位固定方法包括手法復(fù)位、頜間牽引或顱頜牽引等非開放式的保守治療，也可以通過手術(shù)進行開放式復(fù)位和固定。開放式復(fù)位和固定是通過外科手術(shù)打開皮膚及肌肉等軟組織，暴露出骨折部位的骨骼，將各骨段進行復(fù)位后，利用多孔固定鈦板和一組螺釘(以下統(tǒng)稱固定系統(tǒng))固定，待術(shù)后六個月左右骨折部位愈合后通過二次手術(shù)取出固定裝置。開放式復(fù)位方法中，目前堅強內(nèi)固定(Rigid Internal Fixation,RIF)已經(jīng)成為治療下頜骨骨折的首選和標(biāo)準(zhǔn)方法。通過實施RIF手術(shù)，患者能夠重新得到穩(wěn)定的下頜骨，并在術(shù)后即刻恢復(fù)部分咬合功能。

在下頜骨骨折的RIF治療中，目前醫(yī)生主要根據(jù)臨床診斷和治療經(jīng)驗，設(shè)計固定方式并選用合適的固定鈦板進行手術(shù)，根據(jù)不同部位的骨折采用不同的固定方式進行固定。目前在下頜骨骨折修復(fù)手術(shù)中使用的固定鈦板包括小型板(Miniplate)、微型板(Microplate)和重建板(Reconstruction plate)，其中小型和微型板有L型、Y型、米字型等具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的固定形狀，重建板只有標(biāo)準(zhǔn)的長條型。所有這些板都是二維的，需要在手術(shù)中用彎制工具根據(jù)患者骨骼形狀和固定需要進行現(xiàn)場彎制，延長了手術(shù)時間，而且與患者骨面貼合不理想，骨骼的受力難以做到精確控制，同時固定位置難以精確確定和控制，使固定釘容易傷及牙根、下頜神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)。

如果能夠根據(jù)下頜骨在咬合力下的受力情況，以患者自身數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計出真正具有三維形狀的固定系統(tǒng)，并充分利用金屬立體打印的高效率，將可以有效提高個性化固定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和治療的精準(zhǔn)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決下頜骨骨折堅強內(nèi)固定治療中，醫(yī)生只能依據(jù)經(jīng)驗選用二維固定系統(tǒng)，不能保證其與患者骨骼良好匹配以提供良好的固位力和穩(wěn)定性的問題，本發(fā)明提出一種能夠提供下頜骨固定最佳力學(xué)分布并與患者骨表面良好貼合的用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定板制作方法及三維固定板。

本發(fā)明所述的用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定板制作方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)下頜骨的生物力學(xué)模型，建立分區(qū)域的咬合力下的應(yīng)力分布圖，進而制訂分區(qū)域的骨折固定原則：

(1)選取典型的下頜骨，得到其CT數(shù)據(jù)，通過醫(yī)學(xué)圖像處理和模型重建得到其三維表面模型(三角網(wǎng)格)和實體網(wǎng)格模型(四面體網(wǎng)格)；

(2)根據(jù)CT圖像上的灰度值與骨密度的關(guān)系函數(shù)，計算出下頜骨各個體素的骨密度值，并根據(jù)骨密度與楊氏模量的關(guān)系函數(shù)完成對體素楊氏模量的計算，并對實體網(wǎng)格模型進行材料特性參數(shù)賦值，得到非均勻的下頜骨模型；

(3)將下頜骨的肌肉(咬肌、翼內(nèi)肌、顳肌)簡化為一維彈簧，彈簧剛度值根據(jù)文獻資料中的參數(shù)確定，彈簧連接點為肌肉在下頜骨上的連接點、并指向顱頜骨上的連接點；

(4)對兩個髁突的后上部單元施加限制六個自由度的邊界約束，在下頜骨上不同牙位(前牙區(qū)、后牙區(qū))加正常咬合力載荷，得到下頜骨生物力學(xué)模型，并進行有限元仿真，得到下頜骨的最大絕對主應(yīng)力分布，從而得到不同區(qū)域的應(yīng)力種類(拉應(yīng)力、壓應(yīng)力)；

(5)通過SLS立體打印下頜骨模型，建立與有限元仿真相似的條件，進行實驗測試，對有限元應(yīng)力分布進行驗證和修正；

(6)以分區(qū)域(髁突頸、下頜角等)的最大絕對主應(yīng)力值分布為基礎(chǔ)，確定該區(qū)域發(fā)生骨折時，固定點應(yīng)該布置在受拉應(yīng)力的區(qū)域，此即為固定原則；

2)針對待重建下頜骨，獲得其CT數(shù)據(jù)，進行三維重建；

3)根據(jù)骨折位置及形式，按固定原則，同時考慮避開牙根、下頜神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)，確定復(fù)位后的固定位置和數(shù)目；

4)基于骨表面，設(shè)計連接一系列固定位置的多孔板三維結(jié)構(gòu)，其固定孔按標(biāo)準(zhǔn)的骨科用固定鈦釘進行設(shè)計；

5)以相同的方法構(gòu)建下頜骨生物力學(xué)模型，并包括固定系統(tǒng)，進行有限元仿真，根據(jù)得到的下頜骨和固定系統(tǒng)的應(yīng)力分布，對固定板三維結(jié)構(gòu)進行修改。必要的時候，可以打印出相應(yīng)的物理模型進行測試驗證；

6)利用金屬立體打印SLM對鈦合金粉末進行立體打印，得到三維固定板原型；

7)對三維固定板進行拋光處理，得到可以臨床應(yīng)用的三維固定板。

根據(jù)本發(fā)明所述的用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定板制作方法構(gòu)建的三維固定板，其特征在于：包括用于連接待修復(fù)下頜骨骨折處的主連接板以及多根輔助連接板，所述的主連接板上沿連接板走向分布若干用于固定在待修復(fù)下頜骨上的主安裝通孔，所述的輔助連接板設(shè)置在所述的主連接板側(cè)面，并且所述的輔助連接板上設(shè)有用于固定在下頜骨上的輔助安裝通孔，所述的主連接板、所述的輔助連接板均與待修復(fù)下頜骨待修復(fù)處外表面貼合，所述的主連接板、輔助連接板通過鈦釘與待修復(fù)下頜骨固接。

所述的輔助連接板的一端與所述的主連接板側(cè)面一體成型，另一端帶有用于固定在下頜骨上的輔助安裝通孔。

所述的主連接板通過鈦釘固定在待修復(fù)下頜骨骨折兩側(cè)，所述的主連接板以及所述的輔助連接板固定位置需避開所述的下頜神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)。

所述的主連接板上設(shè)有若干個主安裝通孔，所述的主連接板上連有多根輔助連接板，所述的輔助連接板數(shù)目與骨折骨段數(shù)目一致，所術(shù)輔助連接板分別位于所述的主連接板中間主安裝通孔處。

所述的主連接板上設(shè)有4個主安裝通孔，所述的主連接板上連有兩根輔助連接板，所述的輔助連接板分別位于所述的主連接板中間兩顆主安裝通孔處。使用時，將整個三維固定板貼合在待修復(fù)的下頜骨骨折處，并且使得主連接板位于待修復(fù)下頜骨的骨折處，并且主連接板的兩端分別位于骨折處的兩側(cè)，輔助連接板也分列于下頜骨骨折處兩側(cè)，然后通過鈦釘將主連接板、輔助連接板固定在下頜骨表面即可。

本發(fā)明的有益效果是：與二維固定系統(tǒng)相比，個性化三維形狀的固定系統(tǒng)可以使固定鈦板與患者骨骼能夠達到良好匹配，從而提供良好的固位力和穩(wěn)定性，從而提高下頜骨骨折堅強內(nèi)固定治療的精確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的下頜骨生物力學(xué)模型簡化示意圖，其中11是翼內(nèi)肌簡化彈簧，12是顳肌簡化彈簧，13是咬肌簡化彈簧，14是咬合力，15是拉應(yīng)力，16是壓應(yīng)力。

圖2是本發(fā)明的下頜骨最大絕對主應(yīng)力分布圖，其中2是整體下頜骨應(yīng)力分布，21是右下頜角應(yīng)力分布，22是右下頜體應(yīng)力分布。

圖3是本發(fā)明的三維多孔固定連接板，其中3是主連接板，4是輔助連接板，31是主安裝通孔，41是輔助安裝通孔。

圖4是本發(fā)明的下頜骨骨折模型及固定系統(tǒng)，其中5是有骨折的下頜骨，51是下頜神經(jīng)管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明

參照附圖：

實施例1本發(fā)明所述的用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)下頜骨的生物力學(xué)模型1，建立分區(qū)域的咬合力下的應(yīng)力分布圖2，進而制訂分區(qū)域的骨折固定原則：

(1)選取典型的下頜骨，得到其CT數(shù)據(jù)，通過醫(yī)學(xué)圖像處理和模型重建得到其三維表面模型(三角網(wǎng)格)和實體網(wǎng)格模型(四面體網(wǎng)格)；

(2)根據(jù)CT圖像上的灰度值與骨密度的關(guān)系函數(shù)，計算出下頜骨各個體素的骨密度值，并根據(jù)骨密度與楊氏模量的關(guān)系函數(shù)完成對體素楊氏模量的計算，并對實體網(wǎng)格模型進行材料特性參數(shù)賦值，得到非均勻的下頜骨模型；

(3)將下頜骨的肌肉(咬肌、翼內(nèi)肌、顳肌)簡化為圖1中的一維彈簧(11，12，13)，彈簧剛度值根據(jù)文獻資料中的參數(shù)確定，彈簧連接點為肌肉在下頜骨上的連接點、并指向顱頜骨上的連接點；

(4)對兩個髁突的后上部單元施加限制六個自由度的邊界約束，在下頜骨上不同牙位(前牙區(qū)、后牙區(qū))加正常咬合力載荷(圖1中的14)，得到下頜骨生物力學(xué)模型，并進行有限元仿真，得到圖2所示的下頜骨的最大絕對應(yīng)力分布2，從而得到不同區(qū)域的應(yīng)力種類(拉應(yīng)力、壓應(yīng)力)如21、22；

(5)通過SLS立體打印下頜骨模型，建立與有限元仿真相似的條件，進行實驗測試，對有限元應(yīng)力分布進行驗證和修正；

(6)以分區(qū)域(髁突頸、下頜角等)的絕對應(yīng)力值分布為基礎(chǔ)，確定該區(qū)域發(fā)生骨折時，固定點應(yīng)該布置在受拉應(yīng)力的區(qū)域，此即為固定原則；

2)針對待重建下頜骨，獲得其CT數(shù)據(jù)，進行三維重建；

3)根據(jù)骨折位置及形式，按固定原則，同時考慮避開牙根、下頜神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)，確定復(fù)位后的固定位置和數(shù)目；

4)基于骨表面，設(shè)計連接一系列固定位置的多孔板三維結(jié)構(gòu)，其固定孔按標(biāo)準(zhǔn)的骨科用固定鈦釘進行設(shè)計；

5)以相同的方法構(gòu)建下頜骨生物力學(xué)模型，并包括固定系統(tǒng)，進行有限元仿真，根據(jù)得到的下頜骨和固定系統(tǒng)的應(yīng)力分布，對固定板三維結(jié)構(gòu)進行修改；必要的時候，可以打印出相應(yīng)的物理模型進行測試驗證；

6)利用金屬立體打印SLM對鈦合金粉末進行立體打印，得到三維固定板原型；

7)對三維固定板進行拋光處理，得到可以臨床應(yīng)用的三維固定板。

實施例2根據(jù)實施例1所述的用于修復(fù)骨折下頜骨的三維固定方法構(gòu)建的三維固定板，包括用于連接待修復(fù)下頜骨骨折處的主連接板3以及多根輔助連接板4，所述的主連接板3上沿連接板走向分布若干用于固定在待修復(fù)下頜骨上的主安裝通孔31，所述的輔助連接板4設(shè)置在所述的主連接板3側(cè)面，并且所述的輔助連接板4上設(shè)有用于固定在下頜骨上的輔助安裝通孔41，所述的主連接板3、所述的輔助連接板4均與待修復(fù)下頜骨待修復(fù)處外表面貼合，所述的主連接板3、輔助連接板4通過鈦釘與待修復(fù)下頜骨5固接。

所述的輔助連接板4的一端與所述的主連接板3側(cè)面一體成型，另一端帶有用于固定在下頜骨上的輔助安裝通孔41。

所述的主連接板3通過鈦釘固定在避開下頜神經(jīng)管51的待修復(fù)下頜骨5骨折兩側(cè)，所述的輔助連接板4末端固定在避開所述的下頜神經(jīng)管51的待修復(fù)下頜骨5上。

所述的主連接板3上設(shè)有4個主安裝通孔31，所述的主連接板3上連有兩根輔助連接板4，所述的輔助連接板4分別位于所述的主連接板3中間兩顆主安裝通孔31處。

使用時，將整個三維固定板貼合在待修復(fù)的下頜骨骨折處，并且使得主連接板位于待修復(fù)下頜骨的骨折處，并且主連接板的兩端分別位于骨折處的兩側(cè)，輔助連接板也分列于下頜骨骨折處兩側(cè)，然后通過鈦釘將主連接板、輔助連接板固定在下頜骨表面即可。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。