浙江科惠医疗器械股份有限公司

本数据库及算法主要应用于医疗器械设计研发场景，适用于基于多种主流椎弓根钉内螺纹参数开展通用型上钉器外螺纹结构的设计与验证工作，覆盖负角度内螺纹、钩锁内螺纹、复合型内螺纹三种螺纹类型，服务对象为骨科器械研发人员。通过输入三类内螺纹的关键几何参数，运用多目标兼容的逆向拟合算法，可快速生成符合啮合要求的直角梯形外螺纹设计参数，显著缩短研发周期，降低试错成本。应用于椎弓根钉和上钉器配合的临床手术操作场景中，基于本数据设计的通用上钉器可在翻修手术、急诊手术或多品牌椎弓根钉混用时无需辨识椎弓根钉内螺纹牙型即可实现可靠连接，有效减少术中上钉器更换操作，提升手术效率与安全性。本设计数据以外螺纹与内螺纹相啮合为前提，本数据库基于负角度内螺纹、钩锁内螺纹、复合型内螺纹三种主流椎弓根钉内螺纹的牙侧角β1和β2、牙槽宽度、螺距和大小径关键几何参数构建结构化数据集合；采用多目标兼容的逆向拟合算法，形成直角梯形的外螺纹设计参数，该外螺纹设计参数用于通用上钉器外螺纹的设计。逆向拟合算法为：第一步、将三种内螺纹牙型轮廓以共轴线方式重叠，以垂直于轴线的平面为基准面（该基准面通过各内螺纹承载面最突出点），该基准面作为后续外螺纹承载面的设计位置。以外螺纹能够无干涉旋入所有选定内螺纹为约束条件，逆向推导外螺纹大径上限≤三类内螺纹大径中的最小值，外螺纹小径上限≤三类内螺纹小径中的最小值；第二步、在外螺纹大径线（牙顶所在水平线）处作平行于轴线的直线，该直线分别与三类内螺纹的导向斜面相交，得到三个交点，取其中距离基准面最近（轴向坐标最小）的点为起点P₁，在内螺纹的牙底处，以三条内螺纹导向斜面拐角处距离承载面最近的点作为终点P2，连接P₁与P₂形成斜线L。通过上述几何作图，逆向推导出： 牙型角上限 = 斜线L的倾斜角θ，牙顶宽度上限 = P₁至基准面的垂直距离。圆弧半径的上限受限于三类内螺纹牙顶的最小空间，经几何计算可得出承载面侧牙底圆弧半径上限和导向斜面侧牙底圆弧半径上限。结合逆向拟合算法第一步和第二步能够得出外螺纹结构为直角梯形螺纹，因内外螺纹相配合，所以外螺纹螺距=内螺纹螺距。第三步、结构优化与设计参数确定。在步骤2确定的约束边界内，根据功能需求适当放出配合间隙进行参数优化，优化后外螺纹具体参数取值规定为：外螺纹大径=外螺纹大径上限-0.1mm；外螺纹小径=外螺纹小径上限-0.1mm；牙型角=牙型角上限-3°；压顶宽=压顶宽上限-0.03mm；承载面侧的牙底圆弧半径=承载面侧的牙底圆弧半径上限-0.15mm；导向斜面侧的牙底圆弧半径=导向斜面侧的牙底圆弧半径上限-0.15mm。最终形成直角梯形的通用上钉器外螺纹设计参数，该算法具有确定性和可重复性。