CN114065565A - 骨组织植入物建模方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种骨组织植入物建模方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取骨组织目标部位的实体模型；对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；所述划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；对所述骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到所述骨组织植入物的参数化模型。采用本方法能够简化多孔结构的骨组织植入物的获取过程，由于不涉及曲面运算，因此可以节省大量的计算资源。
Description
技术领域
本申请涉及医学建模技术领域，特别是涉及一种骨组织植入物建模方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
骨组织植入物是骨肌系统治疗的主要方式之一。传统的骨组织植入物弹性模量很大，在植入后承担大部分载荷，出现应力屏蔽效应，导致术后骨骼的得不到锻炼产生骨吸收，将导致骨质疏松从而引起植入物松动，需要进行矫正手术。
相关技术中，为了降低骨组织植入物的弹性模量，减小应力屏蔽效应，将骨组织植入物设计成多孔结构。但是，目前多孔结构的骨组织植入物的获取过程非常复杂，尤其是其中涉及大量的曲面运算，非常消耗计算资源。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够节省计算资源的骨组织植入物建模方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种骨组织植入物建模方法，该方法包括：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型，包括：
根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元，包括：
针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；
根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果，包括：
根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；
其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型，包括：
获取单元类型和材料属性；
根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，在上述得到骨组织植入物的参数化模型之后，该方法还包括：
对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果，包括：
对参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；
对参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
在其中一个实施例中，上述根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型，包括：
根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量；
更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量；
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述方法还包括：
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
在其中一个实施例中，上述预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
在其中一个实施例中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
预设函数用于获取骨组织植入物的质量；
预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在其中一个实施例中，上述获取骨组织目标部位的实体模型，包括：
获取骨组织扫描图像；
根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；
将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
一种骨组织植入物的建模方法，该方法包括：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型。
在其中一个实施例中，上述根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型，包括：
根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元，包括：
针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；
根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型，包括：
遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体；
对圆柱体进行布尔运算，生成骨组织植入物的多孔模型。
一种骨组织植入物建模装置，该装置包括：
实体模型获取模块，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块，用于对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块，用于根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
参数化模型获得模块，用于对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述线框模型获得模块包括：
映射处理子模块，用于根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
合并处理子模块，用于将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述映射处理子模块，具体用于针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述体单元划分模块，具体用于根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；
其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述参数化模型获得模块，具体用于获取单元类型和材料属性；根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，该装置还包括：
分析模块，用于对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
优化模块，用于根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述分析模块，具体用于对参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；对参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
在其中一个实施例中，上述优化模块，用于根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量；更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量；若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述优化模块，还用于若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
在其中一个实施例中，上述预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
在其中一个实施例中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
预设函数用于获取骨组织植入物的质量；
预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在其中一个实施例中，上述实体模型获取模块，具体用于获取骨组织扫描图像；根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
一种骨组织植入物的建模装置，该装置包括：
实体模型获取模块，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块，用于对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块，用于根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
多孔模型生成模块，用于根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型。
在其中一个实施例中，上述线框模型获得模块包括：
映射处理子模块，用于根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
合并处理子模块，用于将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述映射处理子模块，具体用于针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述多孔模型生成模块，具体用于遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体；对圆柱体进行布尔运算，生成骨组织植入物的多孔模型。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
上述骨组织植入物建模方法、装置、计算机设备和存储介质，获取骨组织目标部位的实体模型；对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型，该多孔结构的骨组织植入物可以与骨组织目标部位很好地匹配，并且骨组织植入物仿形表面的孔隙随着轮廓曲率的变化而均匀分布，表面与孔隙接触处无尖角、无破损。通过本公开实施例，简化了多孔结构的骨组织植入物的获取过程，由于不涉及曲面运算，因此可以节省大量的计算资源。
附图说明
图1为一个实施例中骨组织植入物建模方法的流程示意图；
图2为一个实施例中对骨组织植入物进行体单元划分的示意图；
图3为一个实施例中对骨组织植入物进行映射处理的示意图；
图4为一个实施例中对下颌骨缺损部位进行参数化建模的示意图；
图5为一个实施例中对下颌骨缺损部位进行参数化建模的示意图；
图6为一个实施例中根据划分结果进行体单元映射处理步骤的流程示意图；
图7为一个实施例中对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理步骤的流程示意图；
图8为一个实施例中对骨组织植入物的参数化模型进行优化的流程示意图；
图9为一个实施例中根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化的流程示意图；
图10为一个实施例中优化前的骨组织植入物的几何形状和应力云图；
图11为一个实施例中优化前后骨组织植入物的应力云图；
图12为一个实施例中优化前后圆柱体应力分布统计图；
图13为另一个实施例中骨组织植入物建模方法的流程示意图；
图14为另一个实施例中骨组织植入物建模方法的流程示意图；
图15为另一个实施例中生成骨组织植入物的多孔模型的示意图；
图16为一个实施例中骨组织植入物建模装置的结构框图；
图17为一个实施例中骨组织植入物建模装置的结构框图；
图18为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种骨组织植入物建模方法，本实施例以该方法应用于服务器进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于终端，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，可以包括以下步骤：
步骤101，获取骨组织目标部位的实体模型。
其中，骨组织目标部位可以只包括骨组织缺损部位，也可以包括骨组织缺损部位和骨组织正常部位。
在对骨组织植入物进行参数化建模的过程中，服务器先获取骨组织扫描图像，然后根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；接着将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
上述骨组织扫描图像可以是CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)图像、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)图像中的至少一种。例如，服务器获取骨组织的CT图像，然后根据CT图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型。之后，服务器将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，可以得到骨组织缺损部位的实体模型，或者是包含骨组织缺损部位的实体模型。
步骤102，对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果。
其中，划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息。单元信息包括体单元的单元标识、归属于体单元的节点的节点标识；节点信息包括各节点的节点标识、节点坐标和节点连接关系中。本公开实施例对单元信息和节点信息不做限定。
服务器可以按照有限元网格的划分方式，对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到多个体单元，以便后续对骨组织参数化模型进行有限元分析。每个体单元具有对应的单元标识以及归属于该体单元的节点的节点标识；各节点具有对应的节点标识、节点坐标和节点连接关系。
在一个实施例中，上述对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果可以包括：根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果。其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
如图2所示，假设几何实体为骨组织目标部位的实体模型，可以按照四面体划分方式将骨组织目标部位划分为多个四面体的体单元，也可以按照六面体划分方式将骨组织目标部位划分为多个六面体的体单元。
步骤103，根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型。
服务器在得到划分结果后，对体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；然后将多个线框单元进行合并，去除重复的线条，则得到了线框模型。
如图3所示，服务器将划分为四面体的体单元映射为线框单元，然后合并线框单元得到线框模型；或者，将划分为六面体的体单元映射为线框单元，然后合并线框单元得到线框模型。
步骤104，对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
服务器得到线框模型后，对线框模型进行参数设置。例如，设置线框模型的单元类型为空间梁单元，设置线框模型的材料属性为医用级钛合金等，参数设置完毕即可得到骨组织植入物的参数化模型。
如图4所示，以下颌骨缺损为例建立骨组织植入物的参数化模型。首先，基于CT图像或MRI图像进行三维重建，其中通过镜像、切除、合并等操作得到下颌骨模型，与正常的下颌骨模型建比对，得到下颌骨缺损部位的实体模型。之后，对下颌骨缺损部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果。其中，划分结果包括1241个节点，4972个体单元数。接着，根据划分结果得到线框模型，对线框模型进行参数化处理，得到下颌骨缺损部位的参数化建模。如图5所示，以股骨缺损建立骨组织植入物的参数化模型。
上述骨组织植入物建模方法中，服务器获取骨组织目标部位的实体模型；对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型，该多孔结构的骨组织植入物可以与骨组织目标部位很好地匹配，并且骨组织植入物仿形表面的孔隙随着轮廓曲率的变化而均匀分布，表面与孔隙接触处无尖角、无破损。通过本公开实施例，简化了多孔结构的骨组织植入物的获取过程，由于不涉及曲面运算，因此可以节省大量的计算资源。
在一个实施例中，如图6所示，上述根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型的步骤，可以包括：
步骤201，根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元。
针对各体单元，服务器根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；然后根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。可选地，关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
体单元1包括顶点a1、a2、a3、a4和重心点a5，每两个顶点之间互相连接，每个顶点均与重心点连接。服务器将a1、a2、a3、a4、a5确定为关键，对a1和a2进行连线得到关键线l1，对a1和a3进行连线得到关键线l2，以此类推，得到多条关键线，由多条关键线组成体单元1对应的线框单元1。对于其他体单元，采用相同方式获取。
步骤202，将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
对每个体单元进行映射处理得到多个线框单元之后，服务器将多个线框单元合并到一起。在合并处理的过程中，由于相邻线框单元之间存在重复的关键线，因此，可以去除重复的关键线，从而得到骨组织植入物的线框模型。
上述根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型的步骤中，服务器根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型，该线框模型可以与骨组织目标部位很好地匹配，并且线框模型仿形表面的孔隙随着轮廓曲率的变化而均匀分布，由于不涉及曲面运算，因此可以节省大量的计算资源。进一步地，由于骨组织目标部位的实体模型划分出的体单元的数量越大，关键线的重复数量就越大，后续根据关键线进行计算就会大量消耗计算机运行内存，并且骨组织植入物的建模速度也会很慢，因此，服务器提前对线框单元进行合并，可以大量节约计算机运行内存，并加快骨组织植入物的建模速度。
在一个实施例中，如图7所示，上述对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型的步骤，可以包括：
步骤301，获取单元类型和材料属性。
在实际应用中，骨组织植入物的多孔模型大多是由圆柱体首尾相连构成的，根据这种结构特点，可供选择的单元类型有空间杆单元和空间梁单元。其中，空间杆单元只能承受轴向的拉压力，而空间梁单元还可以承受弯矩，因此考虑到多孔模型植入人体后的受力情况，选择空间梁单元作为单元类型。
制备多孔钛合金实体常用的原材料为医用级钛合金，即Ti6Al4V-ELI(Extra LowInterstitial)/Grade23。其中，Ti6Al4V的密度为4.5×103kg/m3，弹性模量为E＝1.107×1011Pa，泊松比为0.3，屈服强度为9.69×108Pa。
用户可以采用APDL语言编写建模程序，在建模程序中设置单元类型和材料属性。服务器在运行建模程序时，则可以获取到用户设置的单元类型和材料属性。
步骤302，根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
服务器获取到单元类型和材料属性后，首先根据骨组织植入物的线框模型进行参数设置。可选地，根据线框模型中各关键点的坐标设置参数化模型中各点的坐标；根据线框模型中各关键线连接的关键点，设置参数化模型中的线条。可以将参数化模型中的各线条设置为直径为D的圆柱体，之后，根据获取到的材料属性设置参数化模型中各圆柱体的材料属性。进行参数设置后，则可以得到骨组织植入物的参数化模型。
上述对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型的步骤；服务器获取单元类型和材料属性；根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。由于在得到骨组织植入物的线框模型的过程中，是按照有限元网格的划分方式进行体单元划分，因此在得到线框模型后，对线框模型进行参数设置，即可得到骨组织植入物的参数化模型，后续也可以借助有限元仿真模拟，模拟骨组织植入物植入人体后的真实受力情况，从而实现生物力学分析。
在一个实施例中，如图8所示，在得到骨组织植入物的参数化模型之后，还可以对骨组织植入物的参数化模型进行优化，包括：
步骤401，对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果。
在进行有限元分析前，对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分；之后，对参数化模型中的圆柱体直径进行初始赋值，模拟骨组织植入物植入人体后的真实受力情况，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
步骤402，根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
其中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；预设函数用于获取骨组织植入物的质量；预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在得到各圆柱体对应的最大等效应力值之后，根据预设函数、预设约束条件和根据圆柱体直径的初始赋值所计算出的最大等效应力值对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
如图9所示，根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化的过程可以包括以下步骤：
步骤4021，根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量。
服务器根据参数化模型中圆柱体直径的初始赋值、预设函数和预设约束条件计算出骨组织植入物的质量。
步骤4022，更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量。
根据预设直径范围更新圆柱体直径的赋值。其中，对预设直径范围进行N等分离散得到多个离散值，根据离散值更新圆柱体直径的赋值。预先设置圆柱体直径与最大等效应力值之间的关系式，根据该关系式和圆柱体直径更新后的赋值，计算出新的最大等效应力值。根据预设函数和圆柱体直径更新后的赋值计算出骨组织植入物的新的质量。
步骤4023，若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
其中，预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
计算骨组织植入物前后两次的质量差值，若质量差值小于预设差值，并且新的最大等效应力值小于预设屈服强度，则确定参数化模型满足预设条件，将此时的参数化模型作为优化后的参数模型。
步骤4024，若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
如果骨组织植入物前后两次的质量差值大于或等于预设差值，则确定参数化模型不满足预设条件；如果新的最大等效应力值大于或等于预设屈服强度，则确定参数化模型不满足预设条件；如果骨组织植入物前后两次的质量差值大于或等于预设差值，且新的最大等效应力值大于或等于预设屈服强度，则确定参数化模型不满足预设条件。此时，重复执行步骤4022，直到参数化模型满足预设条件再结束迭代计算。
在其中一个实施例中，使用有限元分析软件如ANSYS对参数化模型进行有限元分析。在实际应用中，可以采用MATLAB与ANSYS协同工作，由ANSYS进行建模并求解最大等效应力值和骨组织植入物的质量，由MATLAB根据计算出的最大等效应力值和骨组织植入物的质量进行判断，并更新圆柱体直径的赋值。由于ANSYS不能直接读取MATLAB中的数据，MATLAB也不能识别ANSYS的分析结果，因此，可以选择TXT文件作为MATLAB与ANSYS之间数据传输的媒介。
在其中一个实施例中，选择TXT文件进行数据传输可以包括：步骤1)，将MATLAB生成的圆柱体直径的初始赋值写入数据文件DATA.TXT中；步骤2)，通过APDL语言编写程序读入DATA.TXT中的数据，进行参数化建模和有限元分析；步骤3)，通过APDL语言将有限元分析的分析结果写入数据文件RES.TXT；步骤4)，在MATLAB中读入RES.TXT文件，并根据分析结果判断参数化模型是否满足预设条件。如果参数化模型满足预设条件，则输出参数化模型的优化结果；如果参数化模型不满足预设条件，则在MATLAB中更新圆柱体直径的赋值，将更新后的赋值写入数据文件DATA.TXT中并覆盖原来的赋值，并回到步骤2)。
在其中一个实施例中，图10示出了优化前的骨组织植入物的几何形状和应力云图。其中，骨组织植入物的具体信息如表1所示：
表1
| 圆柱体数 | 体积/mm<sup>3</sup> | 孔隙率 | 最大等效应力/MPa | |
| 初始植入物 | 9253 | 1158.82 | 74.10％ | 68.91 |
基于完整下颌骨的生物力学性能对骨组织植入物进行结构优化，优化前后不同直径的圆柱体数量统计如下表2所示：
表2
| 圆柱体直径(mm) | 0.2 | 0.25 | 0.3 | 0.35 | 0.4 |
| 初始数量 | 0 | 0 | 9253 | 0 | 0 |
| 优化后数量 | 8546 | 215 | 157 | 88 | 247 |
经过优化后，构成多孔植入物的圆柱体大多数直径减小，使得骨组织植入物整体体积相对初始体积减小49.81％，骨组织植入物的孔隙率由74.10％提高至86.99％。
图11示出了优化前后骨组织植入物的应力云图。提取优化前后每一个圆柱体的等效应力值，并将应力值按照七个分段进行统计，可得优化前后圆柱体应力分布统计如图12所示。经过优化后，骨组织植入物的最大等效应力相对初始植入物降低了17.44％，且通过对比优化前后骨组织植入物的圆柱体应力分布可知，等效应力较小和等效应力较大的圆柱体数量均减小。
上述对骨组织植入物的参数化模型进行优化的步骤中，服务器对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。通过本公开实施例，对骨组织植入物的参数化模型进行优化，可以得到较佳的应力分布和质量较轻时各圆柱体的直径，从而为得到多孔结构的骨组织植入物提供了仿真依据。
在一个实施例中，如图13所示，提供了一种骨组织植入物建模方法，本实施例以该方法应用于服务器进行举例说明，可以包括如下步骤
步骤501，获取骨组织目标部位的实体模型。
服务器获取骨组织扫描图像；根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
步骤502，对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果。
其中，划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息。
在其中一个实施例中，对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果，可以包括：根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
步骤503，根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型。
针对各体单元，根据体单元对应的节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。之后，服务器将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。可选地，关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
步骤504，根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型。
在得到骨组织植入物的线框模型之后，对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型；之后，对骨组织植入物的参数化模型进行有限元分析，即模拟骨组织植入物植入人体后的真实受力情况，得到较佳的应力分布和质量较轻时各圆柱体的直径；接着，根据圆柱体直径，生成骨组织植入物的多孔模型。最后，可以根据骨组织植入物的多孔模型进行3D打印得到多孔结构的骨组织植入物。
上述骨组织植入物建模方法中，服务器获取骨组织目标部位的实体模型；对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型，该多孔结构的骨组织植入物可以与骨组织目标部位很好地匹配，并且骨组织植入物仿形表面的孔隙随着轮廓曲率的变化而均匀分布，表面与孔隙接触处无尖角、无破损。通过本公开实施例，简化了多孔结构的骨组织植入物的获取过程，由于不涉及曲面运算，因此可以节省大量的计算资源。
在一个实施例中，如图14所示，上述根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型的步骤，可以包括：
步骤601，遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体。
服务器在对骨组织植入物的参数化模型进行优化后，得到了较佳的应力分布和质量较轻时各圆柱体的直径，即得到了预设长度。在生成骨组织植入物的多孔模型时，如图15所示，服务器遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以上述得到的预设长度为直径生成圆柱体。
步骤602，对圆柱体进行布尔运算，生成骨组织植入物的多孔模型。
布尔运算是数字符号化的逻辑推演法，包括联合、相交、相减。在生成以关键线为轴生成圆柱体之后，对圆柱体进行布尔运算，即可生成骨组织植入物的多孔模型。
上述根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型的步骤中，服务器遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体；对圆柱体进行布尔运算，生成骨组织植入物的多孔模型。通过本公开实施例，可以得到质量较轻且结构较优的骨组织多孔植入物。
应该理解的是，虽然图1-图15的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-图15中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图16所示，提供了一种骨组织植入物建模装置，包括：
实体模型获取模块701，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块702，用于对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块703，用于根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
参数化模型获得模块704，用于对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述线框模型获得模块703包括：
映射处理子模块，用于根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
合并处理子模块，用于将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述映射处理子模块，具体用于针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述体单元划分模块702，具体用于根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；
其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
在其中一个实施例中，上述参数化模型获得模块704，具体用于获取单元类型和材料属性；根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
在其中一个实施例中，该装置还包括：
分析模块，用于对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
优化模块，用于根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述分析模块，具体用于对参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；对参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
在其中一个实施例中，上述优化模块，用于根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量；更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量；若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
在其中一个实施例中，上述优化模块，还用于若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
在其中一个实施例中，上述预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
在其中一个实施例中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
预设函数用于获取骨组织植入物的质量；
预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在其中一个实施例中，上述实体模型获取模块701，具体用于获取骨组织扫描图像；根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
在一个实施例中，如图17所示，提供了一种骨组织植入物建模装置，包括：
实体模型获取模块801，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块802，用于对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块803，用于根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
多孔模型生成模块804，用于根据骨组织植入物的线框模型，生成骨组织植入物的多孔模型。
在其中一个实施例中，上述线框模型获得模块803包括：
映射处理子模块，用于根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
合并处理子模块，用于将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在其中一个实施例中，上述映射处理子模块，具体用于针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在其中一个实施例中，上述多孔模型生成模块804，具体用于遍历骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体；对圆柱体进行布尔运算，生成骨组织植入物的多孔模型。
关于骨组织植入物建模装置的具体限定可以参见上文中对于骨组织植入物建模方法的限定，在此不再赘述。上述骨组织植入物建模装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图18所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储骨组织植入物建模数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种骨组织植入物建模方法。
本领域技术人员可以理解，图18中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；
根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在一个实施例中，上述关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；
其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取单元类型和材料属性；
根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
对参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；
对参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量；
更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量；
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
在一个实施例中，上述预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
在一个实施例中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
预设函数用于获取骨组织植入物的质量；
预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取骨组织扫描图像；
根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；
将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到骨组织植入物的参数化模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据划分结果对各体单元进行映射处理，得到各体单元对应的线框单元；
将多个线框单元进行合并处理，得到骨组织植入物的线框模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
针对各体单元，根据体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和关键点之间的连接关系；
根据关键点的连接关系对每两个关键点进行连线得到关键线，并由多条关键线组成体单元对应的线框单元。
在一个实施例中，上述关键点包括体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据预先设置的多面体划分方式，将骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到划分结果；
其中，多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取单元类型和材料属性；
根据单元类型和材料属性对骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到骨组织植入物的参数化模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
对骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
根据预设优化模型和分析结果对参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
对参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；
对参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据预设优化模型进行质量计算，得到骨组织植入物的质量；
更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量；
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值确定参数化模型满足预设条件，则将满足预设条件的参数化模型作为优化后的参数化模型。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
若根据骨组织植入物前后两次的质量变化和新的最大等效应力值中的至少一个确定参数化模型不满足预设条件，则进行更新圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
在一个实施例中，上述预设条件包括：骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
在一个实施例中，预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
预设函数用于获取骨组织植入物的质量；
预设约束条件用于对预设函数进行约束，使预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于预设屈服强度的情况下输出骨组织植入物的质量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取骨组织扫描图像；
根据骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；
将骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到骨组织目标部位的实体模型。
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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (21)
1.一种骨组织植入物建模方法，其特征在于，所述方法包括：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；所述划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
对所述骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到所述骨组织植入物的参数化模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型，包括：
根据所述划分结果对各所述体单元进行映射处理，得到各所述体单元对应的线框单元；
将多个所述线框单元进行合并处理，得到所述骨组织植入物的线框模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述划分结果对各所述体单元进行映射处理，得到各所述体单元对应的线框单元，包括：
针对各体单元，根据所述体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和所述关键点之间的连接关系；
根据所述关键点的连接关系对每两个所述关键点进行连线得到关键线，并由多条所述关键线组成所述体单元对应的线框单元。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述关键点包括所述体单元的顶点、中心点和重心点中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果，包括：
根据预先设置的多面体划分方式，将所述骨组织目标部位的实体模型划分为多个体单元，得到所述划分结果；
其中，所述多面体划分方式包括四面体划分方式、五面体划分方式和六面体划分方式中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到所述骨组织植入物的参数化模型，包括：
获取单元类型和材料属性；
根据所述单元类型和材料属性对所述骨组织植入物的线框模型进行参数设置，得到所述骨组织植入物的参数化模型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述得到骨组织植入物的参数化模型之后，所述方法还包括：
对所述骨组织植入物的参数化模型进行有限元网格划分，并对所述参数化模型进行有限元分析，得到分析结果；
根据预设优化模型和所述分析结果对所述参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述参数化模型进行有限元分析，得到分析结果，包括：
对所述参数化模型中的圆柱体直径进行赋值；
对所述参数化模型进行有限元分析，得到各圆柱体对应的最大等效应力值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据预设优化模型和所述分析结果对所述参数化模型进行优化，得到优化后的参数化模型，包括：
根据所述预设优化模型进行质量计算，得到所述骨组织植入物的质量；
更新所述圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和所述骨组织植入物的新的质量；
若根据所述骨组织植入物前后两次的质量变化和所述新的最大等效应力值确定所述参数化模型满足预设条件，则将满足所述预设条件的参数化模型作为所述优化后的参数化模型。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若根据所述骨组织植入物前后两次的质量变化和所述新的最大等效应力值中的至少一个确定所述参数化模型不满足所述预设条件，则进行所述更新所述圆柱体直径的赋值，得到各圆柱体对应的新的最大等效应力值和所述骨组织植入物的新的质量的迭代计算。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述预设条件包括：所述骨组织植入物前后两次的质量差值小于预设差值，且所述新的最大等效应力值小于预设屈服强度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预设优化模型包括预设函数和预设约束条件；
所述预设函数用于获取所述骨组织植入物的质量；
所述预设约束条件用于对所述预设函数进行约束，使所述预设函数在各圆柱体直径的赋值位于预设直径范围内且各圆柱体的最大等效应力值小于所述预设屈服强度的情况下输出所述骨组织植入物的质量。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取骨组织目标部位的实体模型，包括：
获取骨组织扫描图像；
根据所述骨组织扫描图像进行三维重建，得到骨组织扫描模型；
将所述骨组织扫描模型与骨组织正常模型进行比对，得到所述骨组织目标部位的实体模型。
14.一种骨组织植入物的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
获取骨组织目标部位的实体模型；
对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；所述划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
根据所述骨组织植入物的线框模型，生成所述骨组织植入物的多孔模型。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型，包括：
根据所述划分结果对各所述体单元进行映射处理，得到各所述体单元对应的线框单元；
将多个所述线框单元进行合并处理，得到所述骨组织植入物的线框模型。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据所述划分结果对各所述体单元进行映射处理，得到各所述体单元对应的线框单元，包括：
针对各体单元，根据所述体单元对应的单元信息和节点信息确定关键点和所述关键点之间的连接关系；
根据所述关键点的连接关系对每两个所述关键点进行连线得到关键线，并由多条所述关键线组成所述体单元对应的线框单元。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述骨组织植入物的线框模型，生成所述骨组织植入物的多孔模型，包括：
遍历所述骨组织植入物的线框模型中的每条关键线，以所述关键线为轴，以预设长度为直径生成圆柱体；
对所述圆柱体进行布尔运算，生成所述骨组织植入物的多孔模型。
18.一种骨组织植入物建模装置，其特征在于，所述装置包括：
实体模型获取模块，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块，用于对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；所述划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块，用于根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
参数化模型获得模块，用于对所述骨组织植入物的线框模型进行参数化处理，得到所述骨组织植入物的参数化模型。
19.一种骨组织植入物建模装置，其特征在于，所述装置包括：
实体模型获取模块，用于获取骨组织目标部位的实体模型；
体单元划分模块，用于对所述骨组织目标部位的实体模型进行体单元划分，得到划分结果；所述划分结果包括各体单元对应的单元信息和节点信息；
线框模型获得模块，用于根据所述划分结果进行体单元映射处理，得到骨组织植入物的线框模型；
多孔模型生成模块，用于根据所述骨组织植入物的线框模型，生成所述骨组织植入物的多孔模型。
20.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至17中任一项所述的方法的步骤。
21.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至17中任一项所述的方法的步骤。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116663086A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 南昌东森牙科器材有限公司 | 基于生物力学分析网格单元映射逆向构建种植体方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102920537A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-02-13 | 上海理工大学 | 用于检验人体腰椎骨骼和植入物双重安全有效性的方法 |
| WO2013091085A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Bone replacement implants with mechanically biocompatible cellular material |
| US20150119987A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Stryker Corporation | Implant design using heterogeneous bone properties and probabilistic tools to determine optimal geometries for fixation features |
| WO2019047099A1 (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-14 | Versitech Limited | BONE MODEL, MODELING PROCESS AND SYSTEM THEREOF |
| US20190240029A1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-08 | Georgia Tech Research Corporation | Method for adjusting mechanical properties of implant and patient specific surgical implants |
-
2020
- 2020-08-07 CN CN202010788484.6A patent/CN114065565A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013091085A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Bone replacement implants with mechanically biocompatible cellular material |
| CN102920537A (zh) * | 2012-11-01 | 2013-02-13 | 上海理工大学 | 用于检验人体腰椎骨骼和植入物双重安全有效性的方法 |
| US20150119987A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Stryker Corporation | Implant design using heterogeneous bone properties and probabilistic tools to determine optimal geometries for fixation features |
| WO2019047099A1 (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-14 | Versitech Limited | BONE MODEL, MODELING PROCESS AND SYSTEM THEREOF |
| CN111226220A (zh) * | 2017-09-07 | 2020-06-02 | 港大科桥有限公司 | 骨骼模型、建模过程及其系统 |
| US20190240029A1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-08 | Georgia Tech Research Corporation | Method for adjusting mechanical properties of implant and patient specific surgical implants |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蒲放, 樊瑜波, 多田幸生, 高木佑実: "基于体素的牙种植体及颌骨的有限元建模", 航天医学与医学工程, no. 03, 15 June 2004 (2004-06-15) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116663086A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 南昌东森牙科器材有限公司 | 基于生物力学分析网格单元映射逆向构建种植体方法 |
| CN116663086B (zh) * | 2023-07-28 | 2024-05-28 | 南昌东森牙科器材有限公司 | 基于生物力学分析网格单元映射逆向构建种植体方法 |
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