[0001] 本发明涉及医疗技术领域，具体而言，涉及一种用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法及装置。

[0002] 四肢大段骨缺损常由于肿瘤、感染、严重创伤等原因导致。对于成人复杂四肢大段骨缺损、儿童四肢恶性肿瘤部分长骨（骨干或/和干骺端）切除后保留关节的重建，一般以生物重建（用骨移植材料重建缺损部位）为主。生物重建后，需要用钢板进行内固定。

[0003] 目前，现有技术中内固定使用的钢板主要为创伤骨折设计，而大段骨缺损由于骨膜往往多受到严重损伤，对于骨肿瘤治疗常需要广泛剥离软组织，切除肌肉导致血运严重受损，所以治疗时需要非常坚强的内固定，并且后续可能面临放疗等治疗，而单纯骨折往往血运较好，固定只起到辅助作用，后续骨愈合后不再依赖钢板等，而肿瘤可能在术后几年时间内都依赖钢板的支撑和固定效果。因此，现有的创伤钢板内固定系统应用于骨缺损重建存在以下问题：

[0004] （1）对复杂缺损或儿童病例贴附差：标准化钢板板型，骨面接触侧无法实现与固定部位骨骼表面满意贴附。钢板不贴附会导致大段复杂缺损固定不可靠，固定螺钉应力集中，术后会增加对周围组织的刺激，长期可能导致内固定的疲劳失效、螺钉或钢板断裂，以及钢板周围积液等并发症，影响术后功能；

[0005] （2）术中置钉困难：由于患者个体的缺损区域大小、缺损范围、移植骨情况均不同，常规钢板术中无法根据每位患者的具体情况进行满意置钉，会出现肿瘤区域置钉不准确，布钉困难，邻关节或关节软骨下置钉无法固定，影响术后初始稳定性，导致骨不愈合，在部分儿童患者无法避开骺板进行固定后续导致影响骨骼发育；

[0006] （3）植入时间过长：手术时肿瘤切除后或各类原因导致的大段复杂骨缺损的固定常需要多块钢板固定，需要内、外侧钢板等依次植入固定，而植入第一侧后，因骨断端已经固定，第二侧钢板的固定往往不易植入到预期的解剖位置，无法达到满意的复位效果，影响后续骨愈合，并且固定过程需要反复折弯标准钢板以达到要求，大大延长手术时间；

[0007] （4）应用理念完全不同：骨缺损重建时复位固定理念和创伤专业的骨折完全不同，现有钢板的复位设计不适用于骨缺损重建时复位固定，不合适的复位会导致延迟骨愈合，长期也会增加内固定失效的可能。

[0008] 针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

[0038] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0039] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0040] 需要说明的是，本发明所涉及的相关信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。例如，本系统和相关用户或机构间设置有接口，在获取相关信息之前，需要通过接口向前述的用户或机构发送获取请求，并在接收到前述的用户或机构反馈的同意信息后，获取相关信息。

[0041] 实施例1

[0042] 根据本发明实施例，提供了一种用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

[0043] 图1是根据本发明实施例的一种可选的用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

[0044] 步骤S101，获取目标对象的骨缺损重建模型，并确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统，其中，骨缺损重建模型是在目标对象的目标骨骼的骨骼三维模型上模拟对目标骨骼进行截骨后得到的，初始钢板内固定系统至少包括初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0045] 在上述步骤中，可以通过应用系统、处理器、电子设备等装置获取目标对象的骨缺损重建模型，可选的，通过用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定系统获取目标对象的骨缺损重建模型，并确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统。

[0046] 在一种可选的实施例中，在获取目标对象的骨缺损重建模型之前，依据目标骨骼的影像数据进行几何建模，得到目标骨骼的骨骼三维模型；在目标骨骼的骨骼三维模型上识别骨缺损区域，并依据骨缺损区域确定截骨线和截骨区域；依据截骨线和截骨区域在目标骨骼的骨骼三维模型上进行模拟截骨，得到骨缺损重建模型。

[0047] 可选地，以目标对象是儿童患者为例，首先进行骨骼解剖模型建立，即依据该儿童患者的目标骨骼（以胫骨为例）的影像数据（如CT扫描数据、MRI数据）进行几何建模，得到胫骨的骨骼三维模型，然后进行缺损模拟重建，即在胫骨的骨骼三维模型上识别骨缺损区域的范围和形状，根据骨缺损区域的范围和形状确定截骨线和截骨区域，然后依据截骨线和截骨区域在胫骨的骨骼三维模型上进行模拟截骨，得到骨缺损重建模型。

[0048] 在一种可选的实施例中，确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统，包括：依据骨缺损重建模型确定螺钉排布信息；依据螺钉排布信息从钢板模板数据库的多个钢板模板中确定初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0049] 可选地，在构建出骨缺损重建模型之后，进行内固定系统设计，确定出骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统。首先依据骨缺损重建模型确定螺钉排布信息，然后依据螺钉排布信息可以从钢板模板数据库的多个钢板模板中确定出初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0050] 例如，根据骨缺损重建模型的形状和位置，从钢板模板数据库调取能与骨缺损重建模型适配的钢板模型以及螺钉排布，根据内固定匹配规则，将初定尺寸、形状的个性化钢板以及内固定螺钉贴附于骨缺损重建模型的适当位置，确定出初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0051] 步骤S102，依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，其中，分析结果用于表征有限元分析模型在受力情况下的状态信息。

[0052] 可选地，依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统可以生成有限元分析模型，然后基于有限元分析模型进行有限元分析，可以得到分析结果。

[0053] 在一种可选的实施例中，依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统生成有限元分析模型，包括：将初始钢板模型和骨缺损重建模型进行对齐，并对初始钢板模型的钢板尺寸和形状进行调整，以适应骨缺损重建模型中的骨缺损区域；依据调整后的钢板模型对初始螺钉排布模型的螺钉孔洞的位置和布局进行调整，得到调整后的螺钉排布模型；依据调整后的钢板模型和调整后的螺钉排布模型生成调整后的钢板内固定系统；将调整后的钢板内固定系统装配在骨缺损重建模型上，得到有限元分析模型。

[0054] 可选地，将初始钢板模型和骨缺损重建模型进行对齐（如进行平移、旋转、缩放等操作），并对初始钢板模型的钢板尺寸和形状进行调整，以适应骨缺损重建模型中的骨缺损区域，然后进行细化，依据调整后的钢板模型对初始螺钉排布模型的螺钉孔洞的位置和布局进行调整，得到调整后的螺钉排布模型，依据调整后的钢板模型和调整后的螺钉排布模型生成调整后的钢板内固定系统，然后将调整后的钢板内固定系统装配在骨缺损重建模型上，得到有限元分析模型。

[0055] 在一种可选的实施例中，基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，包括：对有限元分析模型进行网格化处理，得到网格化模型，其中，网格化模型由多个网格元素组成；获取网格化模型中每个骨质区域的HU值，并依据每个骨质区域的HU值计算得到每个骨质区域的骨密度值，依据每个骨质区域的骨密度值计算得到每个骨质区域的弹性模量；依据每个骨质区域的HU值和每个骨质区域的弹性模量确定每个网格元素对应的HU值和弹性模量，并依据每个网格元素对应的HU值和弹性模量对每个网格元素进行赋值，得到包含材料属性的网格化模型；基于第一约束条件和第二约束条件对包含材料属性的网格化模型进行有限元受力分析，得到分析结果，其中，第一约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的垂直压力，第二约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的从前往后的压力。

[0056] 可选地，首先对有限元分析模型进行网格化处理，得到由多个网格元素组成的网格化模型，然后获取网格化模型中每个骨质区域的HU值，并依据每个骨质区域的HU值计算得到每个骨质区域的骨密度值，依据每个骨质区域的骨密度值计算得到每个骨质区域的弹性模量，然后可以依据每个骨质区域的HU值和每个骨质区域的弹性模量确定每个网格元素对应的HU值和弹性模量，并依据每个网格元素对应的HU值和弹性模量对每个网格元素进行赋值，得到包含材料属性的网格化模型，然后基于第一约束条件和第二约束条件对包含材料属性的网格化模型进行有限元受力分析，得到分析结果，其中，分析结果可以是每个网格元素的应力分布数据和位移数据。

[0057] 步骤S103，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，并依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，其中，标准受力模型用于表征不同受力情况下钢板的应力分布和形变特征。

[0058] 可选地，在得到有限元分析结果之后，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，并依据比较结果和初始钢板内固定系统确定出目标对象对应的目标钢板内固定系统。

[0059] 例如，访问钢板受力模型库，将有限元分析结果与钢板受力模型库中标准受力模型进行比较，例如，对有限元分析模型可承受的最大应力值与标准受力模型中的应力值阈值进行大小比较，得到比较结果，根据比较结果，评估内固定系统在缺损重建后对骨骼的稳定性和力学性能。例如，若比较结果为最大应力值大于应力值阈值，则对初始钢板内固定系统进行调整，直至比较结果为最大应力值小于等于应力值阈值，得到目标钢板内固定系统。

[0060] 基于上述步骤S101至步骤S103所限定的方案，可以获知，在本发明实施例中，采用获取目标对象的骨缺损重建模型，并确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统，其中，骨缺损重建模型是在目标对象的目标骨骼的骨骼三维模型上模拟对目标骨骼进行截骨后得到的，初始钢板内固定系统至少包括初始钢板模型和初始螺钉排布模型；依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，其中，分析结果用于表征有限元分析模型在受力情况下的状态信息；对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，并依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，其中，标准受力模型用于表征不同受力情况下钢板的应力分布和形变特征的方式，通过获取目标对象的骨缺损重建模型，可以根据每位患者的骨骼解剖特点和缺损情况个性化定制内固定系统，确保钢板和螺钉与骨骼贴附良好，减少刺激和压力，提高固定的稳定性，通过基于有限元分析模型进行有限元分析，可以有效降低内固定失效、钢板断裂以及钢板周围积液等并发症的风险，通过依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，避免了使用标准化钢板，减少术中钢板切割和调整的需要，减少了手术时间。

[0061] 由此可见，通过本发明的技术方案，达到了骨缺损后有效重建固定的目的，从而实现了提高内固定系统的固定稳定性的技术效果，进而解决了现有技术中标准钢板内固定系统的固定稳定性较差，导致影响骨缺损的愈合的技术问题。

[0062] 在一种可选的实施例中，分析结果至少包括有限元分析模型可承受的最大应力值，其中，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，包括：对最大应力值与标准受力模型中的应力值阈值进行大小比较，得到比较结果。

[0063] 可选地，通过对最大应力值与标准受力模型中的应力值阈值进行大小比较，可以得知当前设计的初始钢板内固定系统是否满足使用的要求，例如，当最大应力值大于应力值阈值时，认为当前设计的初始钢板内固定系统不能满足使用的要求；当最大应力值小于等于应力值阈值时，认为当前设计的初始钢板内固定系统能够满足使用的要求。

[0064] 在一种可选的实施例中，依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，包括：若比较结果为最大应力值大于应力值阈值，则对初始钢板内固定系统进行调整，得到第一钢板内固定系统；重复执行依据骨缺损重建模型和第一钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果的步骤，直至比较结果为最大应力值小于等于应力值阈值，得到目标钢板内固定系统。

[0065] 可选地，若比较结果为最大应力值大于应力值阈值，认为当前设计的初始钢板内固定系统不能满足使用的要求，则对初始钢板内固定系统进行调整，得到第一钢板内固定系统，然后重复执行依据骨缺损重建模型和第一钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果的步骤，直至比较结果为最大应力值小于等于应力值阈值，得到目标钢板内固定系统。

[0066] 在一种可选的实施例中，可以采用图2所示的示意图，实现钢板内固定系统的设计，图2是根据本发明实施例的一种可选的钢板内固定系统的制造系统的工作流程示意图，可选地，制造系统包含输入设备、建模设备、设计设备、分析设备和加工设备等，如图2所示，输入设备扫描患者四肢骨骼以及软骨数据，并输入至建模设备，建模设备根据患者的生理病理参数以及治疗方案，建立骨骼解剖模型、缺损重建模型，将骨骼解剖模型以及缺损重建模型输入至设计设备后，设计设备访问钢板设计模板数据库，调取能与缺损重建模型适配的钢板模型以及螺钉排布，然后根据内固定匹配规则，将初定尺寸、形状的个性化钢板以及内固定螺钉贴附于缺损重建模型的适当位置，然后将内固定系统以及缺损重建模型进行结合，并根据患者受力模型建立有限元分析模型，然后将有限元分析模型输出至分析设备，对模型进行有限元分析，分析设备访问典型钢板受力模型库，将有限元分析结果与钢板受力模型库中标准受力模型进行对比，对比后判定内固定极限情况下，失效方式是否可接受，若不可接受，需根据受力情况以及失效情况更改产品设计尺寸、形状以及固定螺钉排布等信息，若可接受，则输出设计报告，由医生确认最终内固定系统的设计，输出加工指令至加工设备，并完成钢板内固定系统的最终加工。在完成定制内固定系统的植入之后，可以访问术后统计数据库，进行植入后影像学分析，分析患者恢复情况以及植入物变形情况，然后对术后的影像学分析结果进行汇总，并对设计模版数据库和受力模型库进行迭代更新。

[0067] 可选地，输入设备可以是患者影像数据扫描设备，能够将患者的骨骼数据以及病理数据转换为电脑可识别的数据序列。建模设备可以是计算机设备，包含处理器、存储器、操作系统以及建模用计算机程序等硬软件，通过专用计算机程序，可以将患者的骨骼影像数据序列转换为三维模型数据。设计设备可以是计算机设备，包含处理器、存储器、操作系统以及设计用计算机程序等硬软件，输入三维模型数据后，可以将三维模型与内固定系统进行贴附，并可对内固定系统的设计参数进行调整，并输出有限元分析模型以及加工三维模型。分析设备可以是计算机设备，包含处理器、存储器、操作系统以及分析用计算机程序等硬软件，可以将有限元分析模型以及将该患者的年龄、身高体重等信息进行输入，通过分析计算，得到该患者与内固定固定后的受力分析模型。加工设备可以是数控加工设备，可根据加工三维模型加工出最终的内固定产品。

[0068] 可选地，骨骼解剖模型建立流程包含以下步骤：

[0069] 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。

[0070] 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。

[0071] 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。

[0072] 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。

[0073] 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。

[0074] 可选地，建立缺损重建模型涉及到对患者特定缺损区域进行建模和设计，需基于患者的骨骼解剖模型，主要包括以下步骤：

[0075] 骨骼解剖模型获取：根据患者的DICOM数据建立骨骼解剖模型，可以使用上述提到的DICOM数据处理和三维重建方法。

[0076] 缺损区域划定：例如，根据医生的指导和临床影像，确定缺损区域的范围和形状。

[0077] 缺损重建设计：使用计算机辅助设计软件或三维建模软件，在骨骼解剖模型中创建缺损重建模型，包括在缺损区域创建相应的几何形状（如自体骨、异体骨等）来填补缺损，并与周围正常骨组织进行连接。

[0078] 通过各骨质区域（如松质骨、皮质骨以及软骨）的HU值，换算为骨密度值，计算各个骨质区域的骨密度（用于计算弹性模量）：例如，通过以下转换公式将HU值转换为骨矿物质密度（BMD），单位为mg/cm³：

[0079]

[0080] 其中， 是通过实验拟合出的线性关系中的常数参数，具体值可能根据不同的研究有所不同。

[0081] 可选地，设计设备按照以下步骤进行钢板设计模板的调取和钢板模型的细化：

[0082] 数据输入：将骨骼解剖模型和缺损重建模型导入设计设备，确保数据的准确性和完整性。

[0083] 钢板设计模板数据库访问：设计设备访问钢板设计模板数据库，该数据库存储了各种钢板的设计模板和相关参数，这些设计模板通常包括钢板的形状、尺寸、孔洞布局和其他几何特征。

[0084] 缺损匹配和适配：设计设备根据缺损重建模型的形状和位置，在钢板设计模板数据库中搜索适配的钢板模型。图3是根据本发明实施例的一种可选的钢板模型的示意图，如图3所示，包括内侧钢板和外侧钢板。可选地，钢板内固定系统具有多个模块，图4是根据本发明实施例的一种可选的钢板内固定系统的模块组成的示意图，如图4所示，包括近关节钢板模块、骨缺损段钢板模块以及骨干钢板模块，每个模块均有根据经验设置的数据库，其包含该设计模块所使用的内固定类型、贴附位置、内固定尺寸、螺钉孔数量等，每个模块根据该模块内固定需求进行调整。设计设备选择与缺损重建模型最匹配的钢板设计模板，以确保钢板与骨骼解剖模型和缺损重建模型的贴合性和有效固定。

[0085] 可选地，各个模块选取需要考虑的因素不同。例如，近关节钢板模块需要考虑在有限的纵向空间内最有效的固定，以及避免螺钉方向穿过关节面或骨骺线；骨缺损段钢板模块需要考虑其尺寸参数是否实现有效固定，同时也需要避免螺钉方向穿过关节面或骨骺线；骨干钢板模块需要考虑内固定的尺寸是否实现在有效固定的前提下，尺寸的优化要求。选定了各个模块的内固定类型和参数后，可以将各个模块的数据进行整合。

[0086] 钢板模型细化：选择了适配的钢板设计模板后，设计设备会生成细化的钢板模型，包括将钢板模型与骨骼解剖模型和缺损重建模型对齐，调整钢板尺寸和形状以适应缺损区域，以及确定螺钉孔洞的位置和布局。

[0087] 参数调整和优化：设计设备还可以允许用户进行参数调整和优化，以满足特定的医学需求和患者情况，实现钢板定制设计，包括调整钢板的长度、宽度、厚度，调整螺钉孔的数量和位置等。

[0088] 输出结果：设计设备可以生成最终的钢板设计结果，包括钢板模型文件、螺钉排布图和相关设计参数等。

[0089] 可选地，将有限元分析模型输出至分析设备，对模型进行有限元分析主要包括以下步骤：

[0090] 导入模型：在分析设备中导入有限元分析模型文件。例如，加载模型文件并进行几何校正和验证，确保模型在分析设备中的准确性和完整性。

[0091] 材料属性和边界条件设置：在分析设备中定义材料属性和边界条件，以与建立的有限元模型保持一致，包括定义各个组件的材料属性、节点或面的约束和加载条件等。

[0092] 网格导入：如果在建立有限元模型时进行了网格划分和离散化，可以将导出的网格数据直接导入分析设备。否则，需要在分析设备中进行网格划分，确保与建立模型时的网格一致性。

[0093] 网格质量检查和修复：对导入的网格进行质量检查，确保网格的准确性和质量。根据需要进行必要的修复和改进，以提高有限元分析的准确性和可靠性。

[0094] 材料模型和元素类型选择：根据分析需求和材料特性，在分析设备中选择适当的材料模型和元素类型。例如，可以根据患者的骨骼特性和缺损重建模型的材料属性进行选择，一般默认数据各部位骨质的弹性模量以及泊松比值，该两值也可通过骨密度值进行换算。骨密度值、弹性模量和泊松比值之间的转换关系通常基于实验数据和经验公式，不同类型的骨组织（如皮质骨、松质骨）有不同的经验公式。

[0095] 约束条件和荷载施加：在分析设备中设置节点或面的约束条件和荷载。根据实际情况，施加适当的边界约束和受力条件，以模拟患者在特定情况下的受力情况。

[0096] 模型求解：使用分析设备中的有限元分析求解器对模型进行求解。根据设定的边界条件和加载条件，进行数值计算，得到模型在受力情况下的应力、应变、位移等结果。

[0097] 结果分析与优化：对有限元分析结果进行分析和解释，评估内固定系统在缺损重建后对骨骼的稳定性和力学性能。根据分析结果，进行必要的优化设计，如调整内固定系统的尺寸、位置、形状等。

[0098] 结果输出：将有限元分析的结果导出为适当的文件格式，如图形结果、报告文件等，以便于进一步的结果展示、验证和文档记录。

[0099] 可选地，将有限元分析结果与钢板受力模型库中标准受力模型进行对比主要包括以下步骤：

[0100] 钢板受力模型库准备：建立钢板受力模型库，其中包含各种标准受力模型，这些标准受力模型可以是经过理论计算、实验测试或经验总结得出的，代表了不同受力情况下钢板的应力分布和变形特征。

[0101] 对比与评估：将有限元分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行对比。比较钢板在不同区域的应力分布、应变分布和变形情况。根据对比结果，评估内固定系统在缺损重建后对骨骼的稳定性和力学性能。

[0102] 可选地，对比后判定内固定极限情况下，失效方式是否可接受，若不可接受，需根据受力情况以及失效情况更改产品设计，主要包括以下步骤：

[0103] 产品设计更改：根据失效方式评估的结果，进行产品设计的更改，包括钢板的尺寸、形状、材料选择，螺钉的长度、直径等方面的调整。设计更改的目的是提高内固定系统在极限情况下的稳定性和耐久性，以确保其能够满足安全性和功能恢复的要求。

[0104] 重新有限元分析：基于产品设计的更改，重新进行有限元分析，评估更改后的内固定系统在极限情况下的受力情况。确保更改后的设计能够有效地改善内固定系统的稳定性和耐久性。

[0105] 评估和验证：根据重新有限元分析的结果，评估和验证产品设计更改的效果。确保更改后的设计能够满足预期的安全性和功能恢复要求。

[0106] 循环迭代：根据评估和验证的结果，根据需要进行进一步的产品设计更改和有限元分析。通过循环迭代的方式，不断优化和改进内固定系统的设计，以达到最佳的稳定性和耐久性。

[0107] 可选地，输出加工指令至加工设备，并完成钢板内固定系统的最终加工，主要包括以下步骤：

[0108] 加工指令准备：根据最终确认的设计方案和内固定系统的参数，制定相应的加工指令，包括钢板和螺钉的几何尺寸、孔位信息、加工工艺要求等。

[0109] 加工设备设置：将加工设备进行准备和设置，确保设备处于正常工作状态，包括机床的调整、夹具的安装和校准等步骤。

[0110] 加工操作：根据加工指令进行具体的加工操作。例如，操作人员根据指令在加工设备上进行钢板和螺钉的切削、钻孔、铣削等加工工序，以完成内固定系统的加工制作。

[0111] 可选地，完成植入后需要对内植入物的植入效果进行评估，并与文献记录或者经验数据进行比对，评估项如下：近端融合时间，远端融合时间，内固定系统形变量。可选地，根据病例的规律统计进行迭代，调整钢板设计模板数据库以及典型受力数据库。例如，融合时间和附近钢板的弹性模量以及内固定螺钉数量相关，内固定形变量也与内固定的尺寸参数以及典型承力接受值相关，若出现内固定失效的情况，则需要调整典型承力接受值。迭代调整的最终目标为在保证内固定有效的前提下，实现在最短时间内的融合。

[0112] 在一种可选的实施例中，以胫骨缺损切除后重建为例，首先根据患者骨骼的CT扫描数据以及MRI数据进行几何建模，通过CT扫描数据可以逆向准确获得患者的不同灰度的骨骼数据（HU值），通过不同灰度进行调整，通过MRI数据可以准确获得患者的不同密度骨骼数据的边界，图5是根据本发明实施例的一种可选的高密度骨骼数据的示意图，图6是根据本发明实施例的一种可选的高密度骨骼数据和低密度骨骼数据的示意图，如图5、图6所示，通过对同一患者同一部位的高密度骨骼数据以及低密度骨骼数据通过自动重叠拟合，可以得到真实的患者骨骼数据。

[0113] 可选地，根据MRI数据可以识别肿瘤侵蚀范围，图7是根据本发明实施例的一种可选的肿瘤侵蚀区域的示意图，如图7所示，根据肿瘤侵蚀区域，可以自动识别截骨区域，识别规则为需涵盖肿瘤侵蚀范围，并制定截骨计划，以及截骨线需垂直于患者横截面。

[0114] 可选地，结合上述高密度骨骼数据以及低密度骨骼数据、肿瘤侵蚀区域以及截骨线，将骨骼数据导入至建模软件后，采用逆向工程技术，将扫描得到的二维断面图像进行滤波、插值、生成实体等操作建立三维实体模型，可以得到骨骼解剖模型和缺损重建模型的几何模型。

[0115] 可选地，钢板设计模板数据库中包含多个模块对应的不同设计模板，以胫骨近关节钢板模块为例，图8是根据本发明实施例的一种可选的外侧近关节钢板模块的示意图，图9是根据本发明实施例的一种可选的内侧近关节钢板模块的示意图，如图8、图9所示，外侧近关节钢板模块和内侧近关节钢板模块各有3种设计模板。

[0116] 可选地，胫骨内外侧近关节钢板模块的内固定匹配规则如下：内外侧的螺钉孔方向不得干涉，以此情况下内外侧能植入双皮质螺钉数量越多越好；螺钉方向不得穿过骨骺端；螺钉位置以及方向不得穿过截骨面。

[0117] 可选地，钢板设计尺寸如表1所示，根据患者不同体重，其尺寸亦有不同要求，其中，≥50KG的规格为参考成人设计的钢板。

[0118] 表1

[0119]

[0120] 图10是根据本发明实施例的一种可选的内固定装配的示意图，图11是根据本发明实施例的一种可选的螺钉排布的示意图，图12是根据本发明实施例的一种可选的受力模型的示意图，如图10、图11所示，对模型进行装配后，可以对装配后的模型根据患者受力模型建立有限元分析模型，例如，图12所示的受力模型为模拟胫骨所受垂直压力（F1）以及从前往后的压力（F2）。

[0121] 可选地，假设所有材料均为各向同性材料，各向同性材料的物理参数包括剪切模量、弹性模量和泊松比中的两个。其中，根据剪切模量、弹性模量和泊松比中的两个物理参数可以求解出另一个物理参数。

[0122] 可选地，模拟设定的参数中，弹性模量和泊松比可以通过建立骨骼模型时确定的骨密度进行换算，换算公式为：弹性模量E=aBMDb，泊松比v=cBMDd。其中，a、b、c、d分别为不同的参考值。对于儿童而言，松质骨、皮质骨以及软骨均需要根据经验设定不同的参考值。

[0123] 可选地，在预设的边界条件和载荷下对受力模型进行仿真分析，可以模拟患者骨骼在预设载荷对应的运动工况下的受力情况，求解出原始模型在预设的边界条件和载荷下的最大应力。可选地，通过模拟成人患者胫骨近关节端使用已有的成熟设计情况下的受力情况以及内固定所受的最大应力，得到对应的典型钢板受力模型库数据如表2所示。该特定患者使用该方案的情形下有限元分析结果如表3所示。根据表2、表3可知，此种情形下的最大应力小于标准库中的最大应力要求，由此可知该设计能够满足使用的要求。

[0124] 表2

[0125]

[0126] 表3

[0127]

[0128] 可选地，如果有限元分析结果不满足使用要求，则需要更改产品的尺寸，例如，增加产品的厚度或者宽度，将更改后的结果再次进行有限元分析。可选地，将骨骼解剖模型示意、缺损重建模型示意、钢板和螺钉的设计参数、有限元分析结果、失效分析结果以及产品设计更改的说明等内容提交审核，审核若能符合要求则进入加工阶段。将钢板模型输出为加工设备可识别的模型，通过软件进行编程，识别所有需要加工的表面，并将加工用的程序输入至加工设备，由加工设备完成最终加工。

[0129] 在本发明实施例中，通过个性化设计能够保留关节结构和肢体生长潜能，有利于术后功能的恢复和生长发育，针对恶性肿瘤病例，保肢并进行精准的肢体恢复，有助于患者更好地适应正常生活。根据患者的骨骼结构和缺损情况设计的钢板内固定系统可以更好地融入骨骼。设计钢板内固定系统时，通过计算机模拟调整设计参数，减少了手术中的试错和调整时间，提高了手术效率。个性化设计的钢板内固定系统可以更好地适应患者的骨骼结构，有助于加快骨愈合和手术部位的恢复。通过有限元分析模型可以提供详细的受力情况，帮助医生更好地理解内固定系统在不同负荷下的表现，从而做出更准确的手术决策。

[0130] 由此可见，通过本发明的技术方案，达到了骨缺损后有效重建固定的目的，从而实现了提高内固定系统的固定稳定性的技术效果，进而解决了现有技术中标准钢板内固定系统的固定稳定性较差，导致影响骨缺损的愈合的技术问题。

[0131] 实施例2

[0132] 根据本发明实施例，提供了一种用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定装置的实施例，其中，图13是根据本发明实施例的一种可选的用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定装置的示意图，如图13所示，该装置包括：获取单元1301，用于获取目标对象的骨缺损重建模型，并确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统，其中，骨缺损重建模型是在目标对象的目标骨骼的骨骼三维模型上模拟对目标骨骼进行截骨后得到的，初始钢板内固定系统至少包括初始钢板模型和初始螺钉排布模型；处理单元1302，用于依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，其中，分析结果用于表征有限元分析模型在受力情况下的状态信息；确定单元1303，用于对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，并依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，其中，标准受力模型用于表征不同受力情况下钢板的应力分布和形变特征。

[0133] 需要说明的是，上述的获取单元1301、处理单元1302以及确定单元1303对应于上述实施例中的步骤S101至步骤S103，三个单元与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。

[0134] 可选的，获取单元包括：第一确定子单元，用于依据骨缺损重建模型确定螺钉排布信息；第二确定子单元，用于依据螺钉排布信息从钢板模板数据库的多个钢板模板中确定初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0135] 可选的，处理单元包括：第一处理子单元，用于将初始钢板模型和骨缺损重建模型进行对齐，并对初始钢板模型的钢板尺寸和形状进行调整，以适应骨缺损重建模型中的骨缺损区域；第二处理子单元，用于依据调整后的钢板模型对初始螺钉排布模型的螺钉孔洞的位置和布局进行调整，得到调整后的螺钉排布模型；第三处理子单元，用于依据调整后的钢板模型和调整后的螺钉排布模型生成调整后的钢板内固定系统；第四处理子单元，用于将调整后的钢板内固定系统装配在骨缺损重建模型上，得到有限元分析模型。

[0136] 可选的，处理单元还包括：第五处理子单元，用于对有限元分析模型进行网格化处理，得到网格化模型，其中，网格化模型由多个网格元素组成；计算子单元，用于获取网格化模型中每个骨质区域的HU值，并依据每个骨质区域的HU值计算得到每个骨质区域的骨密度值，依据每个骨质区域的骨密度值计算得到每个骨质区域的弹性模量；第六处理子单元，用于依据每个骨质区域的HU值和每个骨质区域的弹性模量确定每个网格元素对应的HU值和弹性模量，并依据每个网格元素对应的HU值和弹性模量对每个网格元素进行赋值，得到包含材料属性的网格化模型；第七处理子单元，用于基于第一约束条件和第二约束条件对包含材料属性的网格化模型进行有限元受力分析，得到分析结果，其中，第一约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的垂直压力，第二约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的从前往后的压力。

[0137] 可选的，分析结果至少包括有限元分析模型可承受的最大应力值，其中，确定单元包括：比较子单元，用于对最大应力值与标准受力模型中的应力值阈值进行大小比较，得到比较结果。

[0138] 可选的，确定单元还包括：第八处理子单元，用于若比较结果为最大应力值大于应力值阈值，则对初始钢板内固定系统进行调整，得到第一钢板内固定系统；第九处理子单元，用于重复执行依据骨缺损重建模型和第一钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果的步骤，直至比较结果为最大应力值小于等于应力值阈值，得到目标钢板内固定系统。

[0139] 可选的，用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定装置还包括： 第一预处理单元，用于在获取目标对象的骨缺损重建模型之前，依据目标骨骼的影像数据进行几何建模，得到目标骨骼的骨骼三维模型；第二预处理单元，用于在目标骨骼的骨骼三维模型上识别骨缺损区域，并依据骨缺损区域确定截骨线和截骨区域；第三预处理单元，用于依据截骨线和截骨区域在目标骨骼的骨骼三维模型上进行模拟截骨，得到骨缺损重建模型。

[0140] 实施例3

[0141] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现上述的用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法。

[0142] 实施例4

[0143] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为运行时执行上述的用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法。

[0144] 实施例5

[0145] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，其中，图14是根据本发明实施例的一种可选的电子设备的示意图，如图14所示，电子设备包括一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现用于运行程序，其中，程序被设置为运行时执行上述的用于骨缺损重建的钢板内固定系统的确定方法。处理器执行程序时实现以下步骤：获取目标对象的骨缺损重建模型，并确定骨缺损重建模型对应的初始钢板内固定系统，其中，骨缺损重建模型是在目标对象的目标骨骼的骨骼三维模型上模拟对目标骨骼进行截骨后得到的，初始钢板内固定系统至少包括初始钢板模型和初始螺钉排布模型；依据骨缺损重建模型和初始钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，其中，分析结果用于表征有限元分析模型在受力情况下的状态信息；对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果，并依据比较结果和初始钢板内固定系统确定目标对象对应的目标钢板内固定系统，其中，标准受力模型用于表征不同受力情况下钢板的应力分布和形变特征。

[0146] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：依据骨缺损重建模型确定螺钉排布信息；依据螺钉排布信息从钢板模板数据库的多个钢板模板中确定初始钢板模型和初始螺钉排布模型。

[0147] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：将初始钢板模型和骨缺损重建模型进行对齐，并对初始钢板模型的钢板尺寸和形状进行调整，以适应骨缺损重建模型中的骨缺损区域；依据调整后的钢板模型对初始螺钉排布模型的螺钉孔洞的位置和布局进行调整，得到调整后的螺钉排布模型；依据调整后的钢板模型和调整后的螺钉排布模型生成调整后的钢板内固定系统；将调整后的钢板内固定系统装配在骨缺损重建模型上，得到有限元分析模型。

[0148] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：对有限元分析模型进行网格化处理，得到网格化模型，其中，网格化模型由多个网格元素组成；获取网格化模型中每个骨质区域的HU值，并依据每个骨质区域的HU值计算得到每个骨质区域的骨密度值，依据每个骨质区域的骨密度值计算得到每个骨质区域的弹性模量；依据每个骨质区域的HU值和每个骨质区域的弹性模量确定每个网格元素对应的HU值和弹性模量，并依据每个网格元素对应的HU值和弹性模量对每个网格元素进行赋值，得到包含材料属性的网格化模型；基于第一约束条件和第二约束条件对包含材料属性的网格化模型进行有限元受力分析，得到分析结果，其中，第一约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的垂直压力，第二约束条件用于模拟包含材料属性的网格化模型所受的从前往后的压力。

[0149] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：对最大应力值与标准受力模型中的应力值阈值进行大小比较，得到比较结果。

[0150] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：若比较结果为最大应力值大于应力值阈值，则对初始钢板内固定系统进行调整，得到第一钢板内固定系统；重复执行依据骨缺损重建模型和第一钢板内固定系统生成有限元分析模型，并基于有限元分析模型进行有限元分析，得到分析结果，对分析结果与钢板受力模型库中的标准受力模型进行比较，得到比较结果的步骤，直至比较结果为最大应力值小于等于应力值阈值，得到目标钢板内固定系统。

[0151] 可选的，处理器执行程序时还实现以下步骤：在获取目标对象的骨缺损重建模型之前，依据目标骨骼的影像数据进行几何建模，得到目标骨骼的骨骼三维模型；在目标骨骼的骨骼三维模型上识别骨缺损区域，并依据骨缺损区域确定截骨线和截骨区域；依据截骨线和截骨区域在目标骨骼的骨骼三维模型上进行模拟截骨，得到骨缺损重建模型。

[0152] 本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。

[0153] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0154] 在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

[0155] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

[0156] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0157] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0158] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read‑Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0159] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。