CN108376418B - 一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法 - Google Patents

一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，该方法包括：先获取骨小梁模型的要求参数，在根据该要求参数，生成骨小梁模型载体，并在骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构，该镂空网格单元由金属骨小梁支架和疏散网格结构组成，金属骨小梁支架与疏散网格结构至少有三处交点；再调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，生成骨小梁模型。采用本发明技术方案可以构建能同时满足零部件不同区域的刚度和强度要求的骨小梁模型，节省构建时间。

Description

一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法。
背景技术
在骨科植入体部分中构造有骨小梁，它们主要用于形成植入体部分的内部的通道，以其优异的孔隙率和骨骼长入特性，近年来在骨科植入物领域得到了广泛的应用。但是，如果金属骨小梁的结构如果只是均匀等径分布，缺少人体真实结构的仿生特性，在植入后实际服役过程中往往由于人体不均等的受力特性，导致其中的某些部位结构强度不足。此外在生成金属骨小梁前，需要针对不同患者进行数据信息进行骨小梁设计，构建骨小梁模型后再去制备。现有的骨小梁模型的结构只是均匀等径分布，不满足现有的需求。
发明内容
本发明实施例提出一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，构建能同时满足零部件不同区域的刚度和强度要求的骨小梁模型，节省构建时间。
本发明实施例提供一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，包括：
获取骨小梁模型的要求参数；所述要求参数包括：体积参数、质量参数、强度参数和骨小梁杆径参数；
根据所述体积参数，生成骨小梁模型载体；
根据所述质量参数和所述强度参数，在所述骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构；
其中，所述镂空网格单元由金属骨小梁支架和疏散网格结构组成，所述金属骨小梁支架与所述疏散网格结构至少有三处交点，所述疏散网格结构由若干个骨小梁晶格组成；具体为：根据所述质量参数和强度参数，设置所述金属骨小梁支架的杆径长度和密度，在所述骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构；
根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，并生成所述骨小梁模型。
进一步的，在所述生成骨小梁模型后，还包括：
根据所述体积参数，在所述骨小梁模型的外壁生成骨质壁载体，并在所述骨质壁载体中填充满骨小梁晶格，生成骨质壁骨小梁模型。
进一步的，所述获取骨小梁模型的要求参数，具体为：
根据用户输入的指令，获取所述骨小梁模型的要求参数。
进一步的，所述根据所述质量参数和所述强度参数，在所述骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构，
进一步的，所述根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：
调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在所述金属骨小梁支架与疏散网格结构的交点处，所述金属骨小梁支架的直径与所述疏散网格结构的直径相同。
进一步的，所述根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：
调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在所述金属骨小梁支架与疏散网格结构未相交处，所述金属骨小梁支架的直径小于所述疏散网格结构的直径。
进一步的，所述镂空网格单元的长度为200-2000微米，所述疏散网格结构的直径为30-120微米。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，先获取骨小梁模型的要求参数，在根据该要求参数，生成骨小梁模型载体，并在骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构，再调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，生成骨小梁模型。相比于现有技术的均匀等径分布的结构，本发明生成的骨小梁模型能同时满足零部件不同区域的刚度和强度要求的骨小梁模型，避免应力遮挡，实现高强度和高减重比的良好匹配，而且只需输入相应的要求参数，即可生成相应的骨小梁模型，节省构建时间。
附图说明
图1是本发明提供的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的镂空网格单元的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至步骤104。各步骤具体如下：
步骤101：获取骨小梁模型的要求参数；其中，要求参数包括：体积参数、质量参数、强度参数和骨小梁杆径参数。
在本实施例中，步骤101具体为：根据用户输入的指令，获取骨小梁模型的要求参数。该要求参数主要由用户输入，结合不同的部位及不同的要求，需设置不同的要求参数。如不同部位的形状，设置不同的体积参数，该部位在人体不同位置，需要设置不同强度、质量和杆径粗细。
步骤102：根据体积参数，生成骨小梁模型载体。
在本实施例中，体积参数不仅包含骨小梁模型的体积，还包含骨小梁模型的具体形状，根据该体积参数，可以生成骨小梁模型载体。
步骤103：根据质量参数和所述强度参数，在骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构；其中，镂空网格单元由金属骨小梁支架和疏散网格结构组成，金属骨小梁支架与疏散网格结构至少有三处交点。
在本实施例中，步骤103具体为：根据质量参数和强度参数，设置金属骨小梁支架的杆径长度和密度，在骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构。参见图2，图2是本发明提供的镂空网格单元的一种实施例的结构示意图。如图2所示，该镂空网格单元由金属骨小梁支架1和渐变径疏散网格结构2组成。镂空网格单元的长度为200-2000微米，疏散网格结构的直径为30-120微米。金属骨小梁支架1和疏散网格结构2至少有三处交点。
由图2可以看出，本发明的骨小梁是由镂空单元结构体在三维空间的规则或者不规则阵列形成的，不仅具有明显的减重效应，而且能同时满足零部件不同区域的刚度和强度，避免应力遮挡，实现高强度和高减重比的良好匹配；此外，所述骨小梁结构可以深入到骨骼中形成打桩效应，使得骨小梁假体可以稳固的与骨床相结合，能最大程度上诱导骨骼长入，从而达到假体长期的生物固定。在这基础上，在有需要的部位，打上实心骨壁包裹，更有效地调节人造骨力学性能。在这基础上，在部分骨壁外部打上骨小梁涂层，更有效地调节人造骨力学性能和与人骨接合的融合性。
在本实施例中，疏散网格结构2由若干个骨小梁晶格组成。骨小梁晶格为组成骨小梁的一个单元，一个骨小梁由若干个骨小梁晶格组成。骨小梁晶格的结构为现有技术，在此不再赘述。
步骤104：根据骨小梁杆径参数，调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，并生成骨小梁模型。
在本实施例中，根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在金属骨小梁支架1与疏散网格结构2的交点处，金属骨小梁支架1的直径与疏散网格结构2的直径相同。
在本实施例中，根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在金属骨小梁支架1与疏散网格结构2的未相交处，金属骨小梁支架1的直径小于疏散网格结构2的直径。
作为本实施例的一种举例，在步骤104之后，本发明的骨小梁模型构建方法还可以包括：根据体积参数，在骨小梁模型的外壁生成骨质壁载体，并在骨质壁载体中填充满骨小梁晶格，生成骨质壁骨小梁模型。本举例的骨小梁模型包含骨质壁结构，满足不同的模型的需求。
由上可见，本发明实施例提供的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，先获取骨小梁模型的要求参数，在根据该要求参数，生成骨小梁模型载体，并在骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构，再调节骨小梁模型载体中各杆径的粗细，生成骨小梁模型。相比于现有技术的均匀等径分布的结构，本发明生成的骨小梁模型能同时满足零部件不同区域的刚度和强度要求的骨小梁模型，避免应力遮挡，实现高强度和高减重比的良好匹配，而且只需输入相应的要求参数，即可生成相应的骨小梁模型，节省构建时间。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-On ly Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，包括：
获取骨小梁模型的要求参数；所述要求参数包括：体积参数、质量参数、强度参数和骨小梁杆径参数；
根据所述体积参数，生成骨小梁模型载体；
根据所述质量参数和所述强度参数，在所述骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构；其中，所述镂空网格单元由金属骨小梁支架和疏散网格结构组成，所述金属骨小梁支架与所述疏散网格结构至少有三处交点，所述疏散网格结构由若干个骨小梁晶格组成；具体为：根据所述质量参数和强度参数，设置所述金属骨小梁支架的杆径长度和密度，在所述骨小梁模型载体中填充满由镂空网格单元组成的三维结构；
根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，并生成所述骨小梁模型。
2.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，在所述生成骨小梁模型后，还包括：
根据所述体积参数，在所述骨小梁模型的外壁生成骨质壁载体，并在所述骨质壁载体中填充满骨小梁晶格，生成骨质壁骨小梁模型。
3.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，所述获取骨小梁模型的要求参数，具体为：
根据用户输入的指令，获取所述骨小梁模型的要求参数。
4.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，所述根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：
调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在所述金属骨小梁支架与疏散网格结构的交点处，所述金属骨小梁支架的直径与所述疏散网格结构的直径相同。
5.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，所述根据所述骨小梁杆径参数，调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，具体为：
调节所述骨小梁模型载体中各杆径的粗细，使得在所述金属骨小梁支架与疏散网格结构未相交处，所述金属骨小梁支架的直径小于所述疏散网格结构的直径。
6.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的骨小梁模型构建方法，其特征在于，所述镂空网格单元的长度为200-2000微米，所述疏散网格结构的直径为30-120微米。
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