[發(fā)明專利]一種股骨柄假體的設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911069672.7
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110840626A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 王金成;韓青;吳乃超;張奧博;劉旸;陳昊
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: A61F2/36
• 分類號: A61F2/36;G06T17/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

1.一種股骨柄假體的設計方法，其特征是：該設計方法由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、采用UG軟件建立Synergy porous假體的三維模型；選取真實的股骨的CT掃描數(shù)據(jù)，采用Mimics軟件對所述股骨的CT掃描數(shù)據(jù)進行建模，獲得股骨三維模型，并分別導出Synergy porous假體的三維模型及股骨三維模型的STL格式文件；

步驟二、對步驟一中股骨三維模型進行模擬手術，將股骨頭切除，將步驟一中導出的STL格式的Synergy porous假體模型文件導入所述股骨三維模型的Mimics軟件中，實現(xiàn)將股骨柄假體插入到股骨模型中，對股骨模型與假體模型進行布爾運算，即股骨模型減去假體模型，獲得置換的股骨模型；

步驟三、建立有限元網(wǎng)格模型；將步驟一生成的假體模型與步驟二獲得的置換的股骨模型分別傳輸至Hypermesh軟件中，對股骨及假體進行網(wǎng)格劃分，設置網(wǎng)格類型為四面體，假體與股骨網(wǎng)格尺寸為2mm；

步驟四、將步驟三中劃分網(wǎng)格的股骨模型采用Mimics自帶公式將股骨模型的灰度值與任意位置的密度和彈性模量分別對應，達到股骨模型非均質材料屬性的建立，假體模型根據(jù)假體材料Ti6Al4V的屬性進行賦值；

步驟五、建立邊界條件，根據(jù)步態(tài)分析的結果，將動態(tài)的載荷簡化為靜態(tài)載荷，在步驟四所述的股骨模型中的股骨柄頂端及股骨大轉子分別施加關節(jié)力與肌肉力，同時將股骨遠端完全固定，設置活動度為0；

步驟六、設定拓撲優(yōu)化參數(shù)，在Hypermesh軟件中設置優(yōu)化區(qū)域為股骨柄的中部，將股骨的遠端及近端設置為凍結區(qū)域，創(chuàng)建體積約束，體分比為0.3，點擊軟件中的目標函數(shù)為剛度最大化，即應變能最小化；

將優(yōu)化后的模型提取STL格式文件，在Inspire軟件中進行光順去除棋盤格局的后處理，獲得優(yōu)化后的股骨柄模型。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型股骨柄假體的設計方法，其特征在于：將優(yōu)化后去掉的結構通過布爾運算獲得，并將所述去掉的結構采用低彈性模量多孔結構代替。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種新型股骨柄假體的設計方法，其特征在于：還包括拓撲優(yōu)化假體的制造；將優(yōu)化后的假體由Ti6Al4V制成，采用電子束熔融技術，Arcam Q10 plus金屬打印機完成制造。