一种智能压力监测3D打印脊柱侧弯矫形器的制作方法

一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器
技术领域
1.本技术涉及一种医疗器械技术领域，特别是涉及一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器。


背景技术：

2.脊柱侧弯是指脊柱的一个或数个节段向侧方弯曲并伴有椎体旋转和矢状面上后凸或前凸的增加或减少的脊柱畸形，表现为脊柱的侧弯、脊椎的旋转和冠状面上的柔性或刚性畸形。曲线超过30度的患者进一步发展的风险更大。当曲线超过50度时，患者的身心健康和生活质量都会大大降低并需要手术治疗。由于手术带来的风险、创伤及财务负担，早期有效的矫形器治疗以避免曲线的进一步发展变得至关重要。
3.脊柱侧弯矫形器治疗存在明显的时间剂量效应，即矫形器佩戴的时间越长，矫正失败的风险就越低。传统矫形器制造是在患者的石膏模型上进行矫形器板材的热塑并修剪成型，传统手工技术对假肢矫形器师经验要求很高，具有制作周期长、模型大、贴合性较差、透气性不好、外观不良等缺点。这些缺点都会直接或间接导致身体和功能的不适，进而降低患者穿戴矫形器的意愿，使患者主动减少穿戴时间，从而导致曲线进一步发展。因此，不仅要设计出舒适美观、透气贴合、穿脱方便的脊柱侧弯矫形器，对于患者穿戴时间、穿戴水平也需要进行严格的把控，矫正力不够或矫正时间不够都会导致矫正失败。
4.增材制造矫形器也存在着造价昂贵、不纳入医保的缺点，在矫治过程中，需要根据曲线进展，重新制定矫形器，这无疑对患者造成了巨大的经济负担。因此，根据患者实际情况，设计矫正力合适、可供患者长期使用的可调脊柱侧弯矫形器也尤为重要。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺陷，本技术提供一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器，用于解决现有技术中存在的至少一个问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器，所述脊柱侧弯矫形器包括：第一本体与第二本体；所述第一本体与所述第二本体通过第一连接装置与第二连接装置进行可拆卸连接；所述第一本体与所述第二本体上分别设有一或多个内侧凹槽；所述第二本体上设有前侧凹槽；所述内侧凹槽内填充有气囊，所述气囊上凹陷处设置有压力传感器，所述压力传感器上设有接触患者皮肤的压力垫；所述气囊通过气管连接有可充气与放气的充气泵，可通过捏动充气泵改变气囊体积进而推动压力垫，以供增加对躯干的矫正力；所述压力传感器通过连接线连接设于所述前侧凹槽内的单片机，以将所述压力传感器采集的压力数据传输至单片机；所述单片机设有通信器，可将压力数据上传并存储于云端数据库或发送压力数据至通信连接的用户终端。
7.于本技术一实施例中，所述第一本体上设有脊柱凸侧施压处和第一本体躯干支撑处；第二本体，其上设有腋下施压处、髋部施压处、中空的压力释放区、及第二本体躯干支撑处；其中，所述第二本体设于对应患者脊柱侧弯方向的一侧，且所述第二本体大于所述第一
本体。
8.于本技术一实施例中，所述第一本体与所述第二本体的前侧分别设有蜂窝透气孔。
9.于本技术一实施例中，所述第一本体上的内侧凹槽设于所述脊柱凸侧施压处；所述第二本体上的内侧凹槽分别设于腋下施压处、及髋部施压处。
10.于本技术一实施例中，所述第一连接装置包括：绑带、及分别设于所述第一本体与所述第二本体前侧端部的用于绑带穿过的穿孔；其中，所述绑带两端设有魔术贴，通过调节绑带长度可调整对躯干的矫正力；所述第二连接装置包括：连接绳、及分别设于所述第一本体与所述第二本体后侧端部的孔排；所述连接绳穿过所述孔排中的各小孔以紧固连接所述第一本体与所述第二本体。
11.于本技术一实施例中，穿戴时所述第一连接装置与第二连接装置均不位于患者正面的中轴线上；穿戴时所述第一连接装置位于患者左前方，所述第二连接装置位于患者右后方；或者，穿戴时所述第一连接装置位于患者右前方，所述第二连接装置位于患者左后方。
12.于本技术一实施例中，所述压力垫可自由所述的内侧凹槽中上下滑动且不易发生分离，所述压力垫只与压力传感器接触点接触；所述压力垫的大小可依据患者情况进行调整。
13.于本技术一实施例中，所述连接线与所述气管可从所述内侧凹槽后方的小孔伸出，并共同由导管分别连接至单片机和充气泵并引至前侧凹槽内。
14.于本技术一实施例中，所述第一本体和第二本体是通过3d扫描仪获取患者躯干表面数据，并结合患者冠状面x片，对人体3d模型进行裁剪及表面光滑处理后，经3d打印得到。
15.于本技术一实施例中，所述第一本体、第二本体、及压力垫是由激光选区烧结工艺或熔丝沉积制造工艺打印而成；其中，在激光选区烧结工艺中采用聚酰胺或尼龙粉末聚合物材料；在熔丝沉积制造工艺中采用abs
–
丙烯酸丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、pc-abs混合、及pla-聚酰酸中任意一种。
16.综上所述，本技术提供的一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器，包括：第一本体与第二本体；所述第一本体与所述第二本体通过第一连接装置与第二连接装置进行可拆卸连接；所述第一本体与所述第二本体上分别设有一或多个内侧凹槽；所述第二本体上设有前侧凹槽；所述内侧凹槽内填充有气囊，所述气囊上凹陷处设置有压力传感器，所述压力传感器上设有接触患者皮肤的压力垫；所述气囊通过气管连接有可充气与放气的充气泵，可通过捏动充气泵改变气囊体积进而推动压力垫，以供增加对躯干的矫正力；所述压力传感器通过连接线连接设于所述前侧凹槽内的单片机，以将所述压力传感器采集的压力数据传输至单片机；所述单片机设有通信器，可将压力数据上传并存储于云端数据库或发送压力数据至通信连接的用户终端。
17.达到了以下有益效果：
18.本技术所述的脊柱侧弯矫形器，是依据3d扫描进行设计并3d打印制作完成，可实现镂空、凹槽、修剪及导管等结构设计，解决了传统矫形器不透气、不美观、废材料的问题，同时也为其他模块的植入提供了方便。第一本体和第二本体通过连接绳连接，使矫形器本体有了更大的开合角度，方便患者穿脱及绑带增压。所述气囊可以通过捏动充气汞，由软管
传导气压，从而推动压力垫，增加矫正力。
附图说明
19.图1为本技术于一实施例中的一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器的结构示意图。
20.图2a和图2b分别为本技术于一实施例中的一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器的侧视结构示意图。
21.图3为本技术于一实施例中的压力垫与内侧凹槽处结构示意图。
22.图4为本技术于一实施例中的压力垫与内侧凹槽处结构内部示意图。
23.图5为本技术于一实施例中的压力垫结构示意图。
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，虽然图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
27.其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本技术范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
28.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
29.如图1所示，展示本技术实施例中的一种智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器的结构示意图。如图所示，所述脊柱侧弯矫形器包括：第一本体1与第二本体2。
30.于本技术的一实施例中，所述第一本体1和第二本体2是通过3d扫描仪获取患者躯
干表面数据，并结合患者冠状面x片，对人体3d模型进行裁剪及表面光滑处理后，经3d打印得到。
31.举例来说，首先可以利用3d扫描仪对躯干进行扫描取模，利用相关专业软件如rodin4d(法国rodin4d公司假肢矫形器计算机辅助设计与制造系统)、canfit3d(纽约3d打印矫形器和假体制造商create o&p与加拿大科技公司vorum合作研发的三维设计软件)等，结合患者冠状面x片，对人体3d模型进行裁剪及表面光滑处理，然后结合脊柱侧弯矫正治疗方案贴合患者3d模型对应施压处进行设计。例如，在侧凸顶椎处设计压力区，对侧设计压力释放区，矫形器设置为前开口，并在人体3d模型进行模拟适配，完成后将矫形器模型初版。然后，在三维设计软件如magics、design x中打开对模型进行特征如凹槽、透气孔、导管等的创建与修饰。可以减轻质量，提升透气性，增加美观度以及增加实用性功能。
32.进一步地，本技术中的所述第一本体1、第二本体2、及压力垫53是由激光选区烧结工艺(selective laser sintering，sls)或熔丝沉积制造工艺(fused deposition modelling，fdm)打印而成；其中，在激光选区烧结工艺sls中采用聚酰胺或尼龙粉末聚合物材料；在熔丝沉积制造工艺fdm中可以采用abs
–
丙烯酸丁二烯苯乙烯，聚碳酸酯(pc)，pc-abs混合，或pla-聚酰酸。
33.于本技术中，所述第一本体1上设有脊柱凸侧施压处11和第一本体躯干支撑处12；第二本体2，其上设有腋下施压处21、髋部施压处22、中空的压力释放区23、及第二本体躯干支撑处24，可参见图2a和2b所示。
34.于一或多个实施例中，本技术预先根据患者当前的脊柱侧弯情况制定针对的治疗方案，并在3d打印制作脊柱侧弯矫形器的前期，结合患者3d模型对应施压处进行设计。例如，在侧凸顶椎处设计压力区，对侧设计压力释放区等等。即不仅脊柱侧弯矫形器的轮廓和尺寸与患者高度适配，而且第一本体1与第二本体2上用于矫正施力的区域也是针对性预先设计，在提高穿戴使用舒适度的同时，还提高了矫正针对性。
35.须知的是，由于患者脊柱发生侧弯，因此治疗方案中针对患者两侧的施力点是不同的，于本技术中具体体现为：所述第二本体2设于对应患者脊柱侧弯方向的一侧，且所述第二本体2的整体轮廓大于所述第一本体1。
36.于本实施例中，为了进一步提高透气性和外观，本技术在3d打印制作脊柱侧弯矫形器时，还分别在所述第一本体1与所述第二本体2的前侧(即非施力区域)分别设有蜂窝透气孔7。于一或多个可实现的实施例中，本技术并不限制透气孔的形状和大小。
37.优选地，打印出的第一本体1与第二本体2还需进行打磨处理。例如采用180-360号砂纸中的两种或多种砂纸按由粗至细的顺序打磨，直至制件表面手感光滑。另外，根据打印材料不同可以喷涂不同稳定性好的溶剂，待溶剂实干后，用360-600号砂纸打磨其表面至暗光泽面，不与身体接触的外侧部分打磨至不见砂纸打磨痕迹的程度，与电气元件接触部分由于其结构小巧及不影响外观，不用溶剂喷涂与砂纸打磨以节约后处理时间。
38.于本技术中，所述第一本体1与所述第二本体2通过第一连接装置3与第二连接装置4进行可拆卸连接。
39.其中，所述第一连接装置3包括：一或多组绑带31、及分别设于所述第一本体1与所述第二本体2前侧端部的用于绑带31穿过的穿孔32；其中，所述绑带31两端设有魔术贴，通过调节绑带31长度可调整对躯干的矫正力。所述第一连接装置3主要设于患者正面。
40.举例来说，绑带31通过穿孔32将脊柱侧弯矫形器固定在患者身上，绑带31自带魔术贴，佩戴时将勾与毛贴紧，脱下时将勾与毛拉开，材料是尼龙，绑带31整体抗变形能力强。
41.需说明的是，由于第一连接装置3的绑带31具有一定弹性，因此主要用于调节其松紧性，以供调节脊柱侧弯矫形器对躯干的矫正力。
42.所述第二连接装置4包括：连接绳41、及分别设于所述第一本体1与所述第二本体2后侧端部的孔排42；所述连接绳41穿过所述孔排42中的各小孔以紧固连接所述第一本体1与所述第二本体2。
43.举例来说，所述连接绳41通过孔排42将第一本体1与第二本体2装配成脊柱侧弯矫形器，连接绳41可打死扣，材料为内心4.3mm钢丝绳，外编制纤维皮，高韧性与高抗拉性。
44.需说明的是，所述第二连接装置4可使本技术脊柱侧弯矫形器具有更大的开合角度，方便患者穿脱。
45.于本技术中，穿戴时所述第一连接装置3与第二连接装置4均不位于患者正面的中轴线上；穿戴时所述第一连接装置3位于患者左前方，所述第二连接装置4位于患者右后方；或者，穿戴时所述第一连接装置3位于患者右前方，所述第二连接装置4位于患者左后方。
46.简单来说，若将连接装置按传统方式设于患者正面的中轴线，虽然一定程度上方便患者操作，但却忽略了舒适性。由于脊柱侧弯矫形器穿戴时需要向患者肢体施加一定压力，因此，而无效或额外的施力点会降低舒适度。为此，本技术在获取患者上肢曲线与轮廓模型后，将第一连接装置3及第二连接装置4分别设于贴合患者线条，避开躯干突出位置，不仅可以使第一本体1与第二本体2的连接牢固，而且不会向患者施加不舒服或额外的力，大大提升了患者穿戴的舒适性。
47.于本技术中，所述第一本体1与所述第二本体2上分别设有一或多个内侧凹槽5；于一或多个实施例中，所述第一本体1上的内侧凹槽5设于所述脊柱凸侧施压处11；所述第二本体2上的内侧凹槽5分别设于腋下施压处21、及髋部施压处22。
48.简单来说，由于脊柱侧弯矫形器中各施力位置的施力情况，很大程度上决定了矫正效果的好坏，因此，用于装载压力检测器及气囊51的内侧凹槽5则分别设于第一本体1与第二本体2上的施力处。
49.如图3和图4所示，所述内侧凹槽5内填充有气囊51，所述气囊51上凹陷处设置有压力传感器52，所述压力传感器52上设有接触患者皮肤的压力垫53。
50.于本实施例中，所述压力垫53可自由在所述的内侧凹槽5中上下滑动且不易发生分离，所述压力垫53只与压力传感器52接触点接触；所述压力垫53的大小可依据患者情况进行调整。所述压力垫的结构示意图可如图5所示。
51.举例来说，所述压力垫53与身体接触的圆形部分半径要在1～2cm之间，以防止压伤或断裂，对于部分患者，可以酌情增加或减少半径，压力垫53下方正方形凸起与内侧凹槽5内侧表面不要打磨，使两者在患者穿脱矫形器时不易分离。
52.进一步地，所述气囊51通过气管61连接有可充气与放气的充气泵9，可通过捏动充气泵9改变气囊51体积进而推动压力垫53，以供增加对躯干的矫正力。其中，充气泵9具有充气与放气的功能，软管与气囊51可由尼龙材料制成，以防变形或者破裂。
53.进一步地，所述压力传感器52通过连接线62连接设于所述前侧凹槽25内的单片机8，其中前侧凹槽25设于所述第二本体2上，以将所述压力传感器52采集的压力数据传输至
单片机8。
54.简单来说，压力传感器52将压力垫53上的压力转换为电信号，电信号通过单片机8转换为数字信号，以获取对应的压力数据。
55.进一步地，所述连接线62与所述气管61可从所述内侧凹槽5后方的小孔伸出，并共同由导管6分别连接至单片机8和充气泵9并引至前侧凹槽25内。
56.所述单片机8设有通信器，可将压力数据上传并存储于云端数据库，或发送压力数据至通信连接的用户终端，以显示为压力-时间关系图等。
57.本技术的亮点还在于：位于施压处的压力传感器52将压力垫53上的压力转换为电信号，电信号通过单片机8转换为数字信号，并通过无线模块上传至云端数据库，最后经云端数据库处理后导出到手机端，显示为压力-时间关系图。患者及临床医师都可以在手机端看到实时压力值，患者可以据此检查矫形器的佩戴情况，同时，临床医师也可以根据关系图对患者佩戴时间、佩戴水平进行监管与指导。
58.本技术智能压力监测3d打印脊柱侧弯矫形器，包括：第一本体与第二本体；所述第一本体与所述第二本体通过第一连接装置与第二连接装置进行可拆卸连接；所述内侧凹槽内填充有气囊，所述气囊上凹陷处设置有压力传感器，所述压力传感器上设有接触患者皮肤的压力垫；所述内侧凹槽内填充有气囊，所述气囊上凹陷处设置有压力传感器，所述压力传感器上设有接触患者皮肤的压力垫；所述气囊通过气管连接有可充气与放气的充气泵，可通过捏动充气泵改变气囊体积进而推动压力垫，以供增加对躯干的矫正力；所述压力传感器通过连接线连接设于所述前侧凹槽内的单片机，以将所述压力传感器采集的压力数据传输至单片机；所述单片机设有通信器，可将压力数据上传并存储于云端数据库或发送压力数据至通信连接的用户终端。
59.本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
60.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。