(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221074570 6.5 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 王丽珍　黄慧雯　周馨怡　王悦阳　 樊瑜波　王宏坤　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 覃婧婵 (51)Int.Cl. A61B 17/70(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种寰枢椎后路内固定系统连接棒及其设 计方法 (57)摘要 本发明提供了一种寰枢椎后路内固定系统 连接棒及其 设计方法， 方法步骤包括： (1)对从患 者体内取出的内固定系统连接棒进行形态分析， 得到连接棒于矢状面和冠状面内发生的平均偏 移位移与平均偏转角度； (2)获取连接棒发生步 骤(1)中平均偏移位移与平均偏转角度时， 其内 部的应力分布； (3)根据连接棒的应力分布情况， 对连接棒位于相邻两固定钉之间的目标区域的 结构和/或材料进行设计， 设计目标为a.连接棒 在整个人体植入周期内能够为节段提供稳定力 学支撑； b.在人体植入周期结束后， 每根连接棒 位于相邻两固定钉 之间的区域断开。 本发明设计 得到的连接棒， 无需通过二次手术取出便能够恢 复节段的活动度， 避免了二次手术的繁琐与风 险。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115227367 A 2022.10.25 CN 115227367 A 1.一种寰枢椎后路内 固定系统连接棒的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)对多个从寰枢椎后路内固定术后恢复的患 者体内取出的内固定系统连接棒进行形 态分析， 将其与植入前的连接棒进行对比， 获取 连接棒在矢状面和冠状面内的变形情况； (2)测量每根植入后的连接棒在矢状面和冠状面内的偏移位移与偏转角度， 计算这两 项指标的平均值并分析其统计学分布规律， 得到连接棒在整个人体植入周期于矢状面和冠 状面内发生的平均偏移位移与平均偏转角度； (3)构建连接棒的有限元模型， 通过数值仿真方法对连接棒的变形进行模拟， 获取当连 接棒发生 步骤(2)中所述平均偏移位移与平均偏转角度时， 其内部的应力分布； (4)根据连接棒的应力分布情况， 对连接棒位于相邻两固定钉之间的目标区域的结构 和/或材料进行设计， 设计目标为a.连接棒在整个人体植入周期内能够为寰枢椎节段提供 稳定的力学支撑； b.在人体植入周期结束后， 每根连接棒位于相邻两固定钉之间的区域断 开， 恢复关节正常活动度。 2.根据权利要求1所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在于， 所述 连接棒为寰枢椎后路内固定手术中所植入的内固定系统中用于连接寰椎弓根钉和枢椎弓 根钉的连接 部件。 3.根据权利要求1或2所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 测量每根植入后的连接棒在矢状面和冠状面内的偏移 位移的方法为： 在植入前 的连接棒轴线 上标定多个点， 根据连接棒在术中植入的方式， 测量在矢状面和冠状面内， 植 入后的连接棒轴线上各个标定点与植入前的连接棒轴线上相应标定点之间偏移的距离， 作 为连接棒在矢状面和冠状面内发生的偏移位移。 4.根据权利要求1 ‑3任一所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在 于， 步骤(2)中， 测量每根植入后的连接棒在矢状面和冠状面内的偏转角度的方法为： 在轴 线上标定多个点， 根据连接棒在术中植入的方式， 测量在矢状面和冠状面内， 经过植入后的 连接棒上各个标定点且与其轴线相切的直线与植入前连接棒轴线之 间的夹角， 作为各标定 点的偏转角度。 5.根据权利要求1 ‑4任一所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在 于， 步骤(3)中， 通过数值仿真方法对连接棒的变形进行模拟的方法为： 将连接棒植入人体 后的状态简化为承受四点弯曲的简支梁模型， 进行准静态分析， 计算颈部生理载荷的作用 下， 当连接棒在矢状面和冠状面内发生所述平均偏移位和平均偏转角度的塑性变形时， 其 内部分布的Vo n Mises等效应力。 6.根据权利要求5所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在于， 步骤 (4)中， 对所述目标区域的材料进行设计， 通过调节材料组分， 调控所述目标区域在受到步 骤(3)中计算得到的目标区域分布的Von  Mises等效应力作用下的力学性能和降解行为， 最 终实现设计目标。 7.根据权利要求6所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在于， 步骤 (4)中， 对所述目标区域的材料进行设计的具体方法为： (I)将目标区域分布的Von  Mises等 效应力峰值作为静强度要求， 对棒体目标区域的材料组分进行设计； (II)通过数值仿真和 力学测试对连接棒植入寰枢椎后所承受的颈部生理载荷进行模拟， 评估步骤(I)中制定的 材料组分是否满足强度要求， 如不满足强度要求， 则返回步骤(I)， 满足要求则继续步骤权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115227367 A 2(III)； (III)通过数值仿 真和体内外实验评测连接棒目标区域材料在颈部生理载荷所引起 的应力作用下的力学性能和降解速率随时间变化的规律， 评估目标区域是否满足在人体植 入周期结束后发生降解断裂的设计目标， 如满足则可确定目标区域的材料设计， 如不满足 则返回步骤(I)。 8.根据权利要求6或7所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在于， 所述目标区域采用可降解金属材料或可降解高分子材料制成； 连接棒除目标区域以外的部 分采用Ti6Al4V材料制成。 9.根据权利要求1 ‑5任一所述的寰枢椎后路内固定系统连接棒的设计方法， 其特征在 于， 对所述 目标区域的结构进行设计， 具体方法为： 对目标区域的外形结构进行设计， 或对 棒体中段区域进行多孔微结构设计， 通过结构调控目标区域力学性能和 疲劳行为， 确保目 标区域在人体植入周期内的总应力循环次数时的疲劳强度等于步骤(3)中计算得到的目标 区域所分布的Vo n Mises等效应力峰值。 10.一种寰枢椎后路内固定系统连接棒， 其特征在于， 包括权利要求1 ‑9任一所述的设 计方法设计得到的目标区域。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115227367 A 3