[發明專利]一種球體多孔填充結構跟骨假體及其優化設計方法

在審

• 申請號: 202011057014.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112075990A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 劉曉穎;黃賢偉;黃家贊;王寵寧;吳旭陽;岳勇;謝吉軒;李朋文
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;G16H50/50;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

1.一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于包括：

步驟S1，創建由跟骨、軟組織、地面組成的多個跟骨假體模型；

步驟S2，對多個跟骨假體模型進行多孔結構建模，獲得球體多孔填充結構跟骨假體模型；

步驟S3，更改多孔結構的半徑和間距，獲得多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型；

步驟S4，將所述多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型在ABAQUS中進行有限元分析，獲得多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型的應變能、應力和位移；

步驟S5，對比多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型的最大應變能、最大應力、最大位移，獲得最優的球體多孔填充結構跟骨假體優化結構。

2.根據權利要求1所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于：所述步驟S1具體包括：

步驟S11：利用CT掃描技術，獲得足部的CT掃描數據；

步驟S12：將足部CT掃描數據導入醫學軟件MIMICS中，通過相應地蒙板提取、閾值分割、區域增長、蒙板編輯、3D計算操作，建立跟骨實體模型；

步驟S13：在Geomagic Studio中通過多邊形處理、構造曲面、細化曲面、光順處理的操作，獲得光順的跟骨模型；

步驟S14：將跟骨模型導入UG中，并在UG中獲得軟組織、地面模型，最后將三者裝配在一起。

3.根據權利要求1所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于：所述步驟S2具體包括：

步驟S21：在UG中設定跟骨區域；

步驟S22：選定跟骨區域作為多孔結構填充區域，并在此區域建立球體陣列多孔填充模型，獲得球體多孔填充結構跟骨假體模型；所述球體陣列多孔填充模型的建立規則是以半徑為r的球體模型，并將其以間距a進行陣列。

4.根據權利要求1所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于：所述步驟S3具體包括：

步驟S31：分別制定不同球體半徑r以及陣列間距a的組合；

步驟S32：重復執行步驟2獲得多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型。

5.根據權利要求1所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于：所述步驟S4具體包括：

步驟S41：將多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型導入到ABAQUS中，在ABAQUS中進行材料屬性賦予、網格劃分及接觸設置；

步驟S42：設置跟骨假體模型的邊界條件與載荷施加，模擬足部著地過程，并進行動力學分析；

步驟S43：分析完成后，導出跟骨假體模型的應變能、應力及位移數據。

6.根據權利要求1所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體優化設計方法,其特征在于：所述步驟S5具體包括：

步驟S51：獲得各個骨假體模型的最大應變能、最大應力及最大位移數據；

步驟S52：分別將多個不同孔隙率的球體多孔填充結構跟骨假體模型的最大應變能、最大應力、最大位移進行對比，獲得最優的球體多孔填充結構跟骨假體優化結構。

7.一種球體多孔填充結構跟骨假體，其特征在于包括跟骨假體和填充在跟骨假體中的空心球體陣列。

8.根據權利要求7所述的一種球體多孔填充結構跟骨假體，其特征在于：所述球體半徑為4mm，陣列間距為8mm，孔隙率為0.78％。