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(dòng)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(shí)非常容易受到多方向的暴力沖擊。另一方面，下頜骨通過(guò)肌肉與顱頜骨相互聯(lián)系，缺少堅(jiān)強(qiáng)的支撐，因此下頜骨在受到?jīng)_擊時(shí)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(cuò)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(shí)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(kāi)放式的保守治療，也可以通過(guò)手術(shù)進(jìn)行開(kāi)放式復(fù)位和固定。開(kāi)放式復(fù)位和固定是通過(guò)外科手術(shù)打開(kāi)皮膚及肌肉等軟組織，暴露出骨折部位的骨骼，將各骨段進(jìn)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(gè)月左右骨折部位愈合后通過(guò)二次手術(shù)取出固定裝置。開(kāi)放式復(fù)位方法中，目前堅(jiān)強(qiáng)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(guò)實(shí)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(yàn)，設(shè)計(jì)固定方式并選用合適的固定鈦板進(jìn)行手術(shù)，根據(jù)不同部位的骨折采用不同的固定方式進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)彎制，延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)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(shí)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(jì)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(gè)性化固定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和治療的精準(zhǔn)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決下頜骨骨折堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定治療中，醫(yī)生只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(wèn)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(jìn)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(guò)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(shí)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(jì)算出下頜骨各個(gè)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(duì)體素楊氏模量的計(jì)算，并對(duì)實(shí)體網(wǎng)格模型進(jìn)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(jiǎn)化為一維彈簧，彈簧剛度值根據(jù)文獻(xiàn)資料中的參數(shù)確定，彈簧連接點(diǎn)為肌肉在下頜骨上的連接點(diǎn)、并指向顱頜骨上的連接點(diǎn)；

(4)對(duì)兩個(gè)髁突的后上部單元施加限制六個(gè)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(jìn)行有限元仿真，得到下頜骨的最大絕對(duì)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(guò)SLS立體打印下頜骨模型，建立與有限元仿真相似的條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)有限元應(yīng)力分布進(jìn)行驗(yàn)證和修正；

(6)以分區(qū)域(髁突頸、下頜角等)的最大絕對(duì)主應(yīng)力值分布為基礎(chǔ)，確定該區(qū)域發(fā)生骨折時(shí)，固定點(diǎn)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(duì)待重建下頜骨，獲得其CT數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建；

3)根據(jù)骨折位置及形式，按固定原則，同時(shí)考慮避開(kāi)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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)；

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(jìn)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(duì)固定板三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。必要的時(shí)候，可以打印出相應(yīng)的物理模型進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；

6)利用金屬立體打印SLM對(duì)鈦合金粉末進(jìn)行立體打印，得到三維固定板原型；

7)對(duì)三維固定板進(jìn)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(guò)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(guò)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(kāi)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(gè)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(gè)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(shí)，將整個(gè)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(guò)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(gè)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(dá)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(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定治療的精確性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的下頜骨生物力學(xué)模型簡(jiǎn)化示意圖，其中11是翼內(nèi)肌簡(jiǎn)化彈簧，12是顳肌簡(jiǎn)化彈簧，13是咬肌簡(jiǎn)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(duì)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明

參照附圖：

實(shí)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(jìn)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(guò)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(shí)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(jì)算出下頜骨各個(gè)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(duì)體素楊氏模量的計(jì)算，并對(duì)實(shí)體網(wǎng)格模型進(jìn)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(jiǎn)化為圖1中的一維彈簧(11，12，13)，彈簧剛度值根據(jù)文獻(xiàn)資料中的參數(shù)確定，彈簧連接點(diǎn)為肌肉在下頜骨上的連接點(diǎn)、并指向顱頜骨上的連接點(diǎn)；

(4)對(duì)兩個(gè)髁突的后上部單元施加限制六個(gè)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(jìn)行有限元仿真，得到圖2所示的下頜骨的最大絕對(duì)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(guò)SLS立體打印下頜骨模型，建立與有限元仿真相似的條件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)有限元應(yīng)力分布進(jìn)行驗(yàn)證和修正；

(6)以分區(qū)域(髁突頸、下頜角等)的絕對(duì)應(yīng)力值分布為基礎(chǔ)，確定該區(qū)域發(fā)生骨折時(shí)，固定點(diǎn)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(duì)待重建下頜骨，獲得其CT數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維重建；

3)根據(jù)骨折位置及形式，按固定原則，同時(shí)考慮避開(kāi)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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)；

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(jìn)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(duì)固定板三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改；必要的時(shí)候，可以打印出相應(yīng)的物理模型進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證；

6)利用金屬立體打印SLM對(duì)鈦合金粉末進(jìn)行立體打印，得到三維固定板原型；

7)對(duì)三維固定板進(jìn)行拋光處理，得到可以臨床應(yīng)用的三維固定板。

實(shí)施例2根據(jù)實(shí)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(guò)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(guò)鈦釘固定在避開(kāi)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(kāi)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(gè)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(shí)，將整個(gè)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(guò)鈦釘將主連接板、輔助連接板固定在下頜骨表面即可。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)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。