[發(fā)明專利]一種球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體及其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011057014.9
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112075990A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉穎;黃賢偉;黃家贊;王寵寧;吳旭陽(yáng);岳勇;謝吉軒;李朋文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B34/10
• 分類號(hào): A61B34/10;G16H50/50;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發(fā)明公開了一種球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體設(shè)計(jì)方法，具體包括以下步驟：步驟S1，獲得由跟骨、軟組織、地面組成的跟骨假體模型；步驟S2，對(duì)跟骨模型進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)建模，獲得球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型；步驟S3，分別制定不同球體半徑r以及陣列間距a的組合，獲得多個(gè)球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型；步驟S4，將分別由跟骨假體與軟組織、地面組成的多個(gè)模型在ABAQUS中進(jìn)行有限元分析，獲得這些跟骨假體的應(yīng)變能、應(yīng)力、位移等數(shù)據(jù)；步驟S5，對(duì)比不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型的最大應(yīng)變能、最大應(yīng)力、最大位移等數(shù)據(jù)，獲得最優(yōu)的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體優(yōu)化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

跟骨是足部中最大的承載性跗骨，因此也極易受到損傷。常見的跟骨損傷形式包括跟骨骨折，而目前對(duì)于跟骨骨折的治療主要有兩種方式，即手術(shù)治療和非手術(shù)治療。其中手術(shù)治療主要包括：切開復(fù)位內(nèi)固定手術(shù)、基于增材制造技術(shù)的跟骨假體置換手術(shù)。對(duì)于跟骨假體置換手術(shù)，目前很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法去獲得跟骨假體在足部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相關(guān)力學(xué)性能并完成跟骨假體的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)有限元數(shù)值模擬的方法來(lái)模擬跟骨假體在足部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相關(guān)力學(xué)性能，并通過(guò)對(duì)跟骨假體球體多孔填充結(jié)構(gòu)挖孔的方法優(yōu)化設(shè)計(jì)跟骨假體結(jié)構(gòu)。

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,包括：

步驟S1，創(chuàng)建由跟骨、軟組織、地面組成的多個(gè)跟骨假體模型；

步驟S2，對(duì)多個(gè)跟骨假體模型進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)建模，獲得球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型；

步驟S3，更改多孔結(jié)構(gòu)的半徑和間距，獲得多個(gè)不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型；

步驟S4，將所述多個(gè)不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型在ABAQUS中進(jìn)行有限元分析，獲得多個(gè)不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型的應(yīng)變能、應(yīng)力和位移；

步驟S5，對(duì)比多個(gè)不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型的最大應(yīng)變能、最大應(yīng)力、最大位移，獲得最優(yōu)的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

在一較佳實(shí)施例中：所述步驟S1具體包括：

步驟S11：利用CT掃描技術(shù)，獲得足部的CT掃描數(shù)據(jù)；

步驟S12：將足部CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)軟件MIMICS中，通過(guò)相應(yīng)地蒙板提取、閾值分割、區(qū)域增長(zhǎng)、蒙板編輯、3D計(jì)算操作，建立跟骨實(shí)體模型；

步驟S13：在Geomagic Studio中通過(guò)多邊形處理、構(gòu)造曲面、細(xì)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(dǎo)入U(xiǎn)G中，并在UG中獲得軟組織、地面模型，最后將三者裝配在一起。

在一較佳實(shí)施例中：所述步驟S2具體包括：

步驟S21：在UG中設(shè)定跟骨區(qū)域；

步驟S22：選定跟骨區(qū)域作為多孔結(jié)構(gòu)填充區(qū)域，并在此區(qū)域建立球體陣列多孔填充模型，獲得球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型；所述球體陣列多孔填充模型的建立規(guī)則是以半徑為r的球體模型，并將其以間距a進(jìn)行陣列。

在一較佳實(shí)施例中：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(fù)執(zhí)行步驟2獲得多個(gè)不同孔隙率的球體多孔填充結(jié)構(gòu)跟骨假體模型。

在一較佳實(shí)施例中：所述步驟S4具體包括：