CN116029161B - 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法 - Google Patents

一种具有渐变孔隙率的假体设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116029161B
CN116029161B CN202310304774.2A CN202310304774A CN116029161B CN 116029161 B CN116029161 B CN 116029161B CN 202310304774 A CN202310304774 A CN 202310304774A CN 116029161 B CN116029161 B CN 116029161B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bone
porosity
prosthesis
dimensional model
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310304774.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116029161A (zh
Inventor
张先龙
王俏杰
王亚松
张帅
靖宇威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing AK Medical Co Ltd
Shanghai Sixth Peoples Hospital
Original Assignee
Beijing AK Medical Co Ltd
Shanghai Sixth Peoples Hospital
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing AK Medical Co Ltd, Shanghai Sixth Peoples Hospital filed Critical Beijing AK Medical Co Ltd
Priority to CN202310304774.2A priority Critical patent/CN116029161B/zh
Publication of CN116029161A publication Critical patent/CN116029161A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116029161B publication Critical patent/CN116029161B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明提供了一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，包括：对健存骨骼进行孔隙率分析计算，构建健存骨骼骨界面孔隙率函数；在骨骼数据库中选取与健存骨骼最为相近的完整骨骼并构建完整骨骼的骨质孔隙率函数；基于健存骨骼骨界面孔隙率函数和完整骨骼的骨质孔隙率函数构建骨缺损假体的骨质孔隙率函数；对骨缺损假体进行实体化处理，得到具有渐变孔隙率的骨缺损假体。以解决现有技术中骨缺损假体微观结构单一、应力分布不均的问题。

Description

一种具有渐变孔隙率的假体设计方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种具有渐变孔隙率的假体设计方法。
背景技术
在骨缺损修复手术中，以钛合金为材料基于快速成型技术制造的人造骨具有高精度外形、对人体无毒害且对腐蚀有耐性等特点，植入后人体骨细胞可在钛合金移植物表面的孔隙中生长，最终使其成为人体骨组织的一部分，但金属和人体骨骼的材料参数及力学性能差异较大，植入后会造成应力集中、应力分布不均等现象，从而有可能出现骨吸收、骨萎缩、植入物移位等症状，严重影响患者的正常生活。
因此，骨缺损假体的微观结构应与人体正常骨组织微观结构相匹配。
人体天然骨组织主要由最外层的骨膜、中心骨髓腔以及处于中间位置的骨质组成，其中又包括了大量的血管和神经组织。在骨质中，松质骨的孔隙率为30％-90％，由针状和片状的骨小梁相互连接组成多孔网状结构。由于人体不同部位的骨骼承受的力学载荷有差异，其骨小梁的形状、分布距离和分布规则各有不同，若骨骼受到的外载荷在三个主应力方向大小相等，则骨小梁在三个轴向上的排列是均等的，而若在某个轴向上的负载远大于其他两个轴向，则该轴向上的骨小梁排列密集以承受较大的载荷。孔隙率小于30％的骨质为密质骨，主要由紧密结合的骨板组成。
故本发明提出一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，以解决现有技术中骨缺损假体微观结构单一、应力分布不均的问题。
发明内容
本发明提供了一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，包括：对健存骨骼进行孔隙率分析计算，构建健存骨骼骨界面孔隙率函数；在骨骼数据库中选取与健存骨骼最为相近的完整骨骼并构建完整骨骼的骨质孔隙率函数；基于健存骨骼骨界面孔隙率函数和完整骨骼的骨质孔隙率函数构建骨缺损假体的骨质孔隙率函数；对骨缺损假体进行实体化处理，得到具有渐变孔隙率的骨缺损假体。
进一步地，所述的一种具有渐变孔隙率的假体设计方法包括以下步骤：
S10、基于患者健存骨骼CT数据，通过重建方法获得患者健存骨骼三维数据A1；
S20、对患者健存骨骼三维数据A1进行实体化处理，获得患者健存骨骼三维模型A2；
S30、在骨骼数据库内，选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼三维数据B1及其完整骨骼三维模型B2；
S40、将B2与A2进行B2-A2布尔运算，获得骨缺损假体毛坯三维模型C1；
S50、对骨缺损假体毛坯三维模型C1进行去除飞边处理，获得骨缺损假体三维模型C2；
S60、基于A1骨界面孔隙率，建立其骨界面孔隙率分布函数
；
S70、基于B1骨质孔隙率，建立B1骨质孔隙率函数
；
S80、基于B1骨质孔隙率函数与A1骨界面孔隙率分布函数建立C2骨质孔隙率连续函数
;
S90、C2骨质孔隙率连续函数，在骨缺损假体三维模型C2上自动生成变孔隙率三维网格结构C3；
S100、将C3与预留机加工余量的假体配件D3进行C3-D3布尔运算，获得骨缺损假体外观几何模型F1；
S110、对F1进行假体配件配合处实体化处理，获得模型F2，F2即为所求。
进一步地，所述步骤S10包括以下步骤：
S11、采用GESpeedLight16排螺旋CT薄层扫描健存骨骼,获取CT扫描dicom数据A0；
S12、将上述获取数据A0导入Mimics10 .0软件中进行三维重建健存骨骼，获得健存骨骼三维数据A1。
进一步地，所述步骤S20对健存骨骼三维数据A1进行实体化处理采用GeomagicStudio对上述数据A1进行去除体外孤点、采样、减噪、精简等处理获得健存骨骼三维模型A2。
进一步地，所述步骤S30在选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼时主要参考参数为骨骼外形、骨骼孔隙率。
进一步地，所述步骤S110对F1进行假体配件配合处实体化处理包括钻孔、铣削、车削、去飞边等加工方式加工出假体配件在骨缺损假体上的装配位置。
本发明的有益效果：通过定量化分析缺损骨骼的骨骼孔隙率实现定制化骨缺损修复，实现健存骨骼到骨缺损假体的孔隙率渐变，解决骨缺损假体微观结构单一、应力分布不均的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例提供的一种具有渐变孔隙率的假体设计方法的流程示意图。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，包括以下步骤：
S10、基于患者健存骨骼CT数据，通过重建方法获得患者健存骨骼三维数据A1；
S20、对患者健存骨骼三维数据A1进行实体化处理，获得患者健存骨骼三维模型A2；
S30、在骨骼数据库内，选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼三维数据B1及其完整骨骼三维模型B2；
S40、将B2与A2进行B2-A2布尔运算，获得骨缺损假体毛坯三维模型C1；
S50、对骨缺损假体毛坯三维模型C1进行去除飞边处理，获得骨缺损假体三维模型C2；
S60、基于A1骨界面孔隙率，建立其骨界面孔隙率分布函数
；
S70、基于B1骨质孔隙率，建立B1骨质孔隙率函数
；
S80、基于B1骨质孔隙率函数与A1骨界面孔隙率分布函数建立C2骨质孔隙率连续函数
;
S90、C2骨质孔隙率连续函数，在骨缺损假体三维模型C2上自动生成变孔隙率三维网格结构C3；
S100、将C3与预留机加工余量的假体配件D3进行C3-D3布尔运算，获得骨缺损假体外观几何模型F1；
S110、对F1进行假体配件配合处实体化处理，获得模型F2，F2即为所求。
在本实施例中，所述步骤S10包括以下步骤：
S11、采用GESpeedLight16排螺旋CT薄层扫描健存骨骼,获取CT扫描dicom数据A0；
S12、将上述获取数据A0导入Mimics10 .0软件中进行三维重建健存骨骼，获得健存骨骼三维数据A1。
优选的，所述步骤S20对健存骨骼三维数据A1进行实体化处理采用GeomagicStudio对上述数据A1进行去除体外孤点、采样、减噪、精简等处理获得健存骨骼三维模型A2。
特别地，所述步骤S30在选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼时主要参考参数为骨骼外形、骨骼孔隙率。
需要说明的是，步骤S110对F1进行假体配件配合处实体化处理包括钻孔、铣削、车削、去飞边等加工方式加工出假体配件在骨缺损假体上的装配位置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S10、基于患者健存骨骼CT数据，通过重建方法获得患者健存骨骼三维数据A1；
S20、对患者健存骨骼三维数据A1进行实体化处理，获得患者健存骨骼三维模型A2；
S30、在骨骼数据库内，选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼三维数据B1及其完整骨骼三维模型B2；在选取与患者健存骨骼三维模型A2最接近的完整骨骼时参考参数为骨骼外形和骨骼孔隙率；
S40、将B2与A2进行B2减A2布尔运算，获得骨缺损假体毛坯三维模型C1；
S50、对骨缺损假体毛坯三维模型C1进行去除飞边处理，获得骨缺损假体三维模型C2；
S60、基于A1的骨界面孔隙率，建立A1的骨界面孔隙率分布函数
a＝fa(x0，y0，z0)；
S70、基于B1的骨质孔隙率，建立B1的孔隙率函数
S80、基于B1的孔隙率函数与A1的骨界面孔隙率分布函数建立C2的孔隙率连续函数
S90、通过C2的孔隙率连续函数，在骨缺损假体三维模型C2上自动生成变孔隙率三维网格结构C3；
S100、将C3与预留机加工余量的假体配件D3进行C3减D3布尔运算，获得骨缺损假体外观几何模型F1；
S110、对F1进行假体配件配合处实体化处理，获得模型F2，F2为所求的具有渐变孔隙率的假体。
2.根据权利要求1所述的一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，其特征在于，所述步骤S10包括以下步骤：
S11、采用GESpeedLight16排螺旋CT薄层扫描健存骨骼,获取CT扫描dicom数据A0；
S12、将获取的CT扫描dicom数据A0导入Mimics10.0软件中进行三维重建健存骨骼，获得健存骨骼三维数据A1。
3.根据权利要求1所述的一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，其特征在于，所述步骤S20对健存骨骼三维数据A1进行实体化处理，采用Geomagic
Studio对进行实体化处理后的A1进行去除体外孤点、采样、减噪和精简的处理获得健存骨骼三维模型A2。
4.根据权利要求1所述的一种具有渐变孔隙率的假体设计方法，其特征在于，所述步骤S110对F1进行假体配件配合处实体化处理包括钻孔、铣削、车削和去飞边的加工方式加工出假体配件在骨缺损假体上的装配位置。
CN202310304774.2A 2023-03-27 2023-03-27 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法 Active CN116029161B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310304774.2A CN116029161B (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310304774.2A CN116029161B (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116029161A CN116029161A (zh) 2023-04-28
CN116029161B true CN116029161B (zh) 2023-09-08

Family

ID=86089526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310304774.2A Active CN116029161B (zh) 2023-03-27 2023-03-27 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116029161B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104644289A (zh) * 2015-03-24 2015-05-27 国家康复辅具研究中心 具有双重空隙的人工骨假体的制备方法
JP2020074860A (ja) * 2018-11-06 2020-05-21 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター 内部構造推定装置、方法、及び、プログラム
CN111759541A (zh) * 2020-06-11 2020-10-13 北京航天控制仪器研究所 一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法
CN113749825A (zh) * 2020-07-14 2021-12-07 浙江大学 一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用
CN114155286A (zh) * 2021-11-09 2022-03-08 大连理工大学 一种骨骼ct图像的解剖形态和材料力学特性模板库的个性化配准方法
CN114948350A (zh) * 2022-04-26 2022-08-30 大连大学附属中山医院 3d打印一体化髋臼重建假体系统及其制备方法
CN115281896A (zh) * 2022-07-12 2022-11-04 中国人民解放军总医院第四医学中心 一种治疗干骺端骨缺损的内支撑填充方法及装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104644289A (zh) * 2015-03-24 2015-05-27 国家康复辅具研究中心 具有双重空隙的人工骨假体的制备方法
JP2020074860A (ja) * 2018-11-06 2020-05-21 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター 内部構造推定装置、方法、及び、プログラム
CN111759541A (zh) * 2020-06-11 2020-10-13 北京航天控制仪器研究所 一种变密度多孔结构的全下颌骨假体成形方法
CN113749825A (zh) * 2020-07-14 2021-12-07 浙江大学 一种框架式骨关节假体及其制备方法和应用
CN114155286A (zh) * 2021-11-09 2022-03-08 大连理工大学 一种骨骼ct图像的解剖形态和材料力学特性模板库的个性化配准方法
CN114948350A (zh) * 2022-04-26 2022-08-30 大连大学附属中山医院 3d打印一体化髋臼重建假体系统及其制备方法
CN115281896A (zh) * 2022-07-12 2022-11-04 中国人民解放军总医院第四医学中心 一种治疗干骺端骨缺损的内支撑填充方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于逆向工程和UG二次开发的人工骨组织结构造型仿真;于天彪;孙雪;哈达;;现代制造工程(第03期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116029161A (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109091273B (zh) 一种基于拓扑结构优化的个性化盆骨内置假体设计方法
CN108635084B (zh) 熔融沉积3d打印制备的聚醚醚酮变模量人工骨骼替代物及制备方法
US20160256279A1 (en) Patient-Specific Implant for Bone Defects and Methods for Designing and Fabricating Such Implants
JP5318864B2 (ja) 多孔性芯と緻密な表面層から構成された外科用インプラント
DE102008032992B4 (de) Verfahren und System zur Erstellung eines 3D-Schaft-Stumpfmodells zur Herstellung eines Prothesenschaftes
CN110929379B (zh) 一种拓扑优化人工椎体及其设计方法
CN110946678B (zh) 仿生多孔梯度人工髋关节基体的设计方法
CN112233801A (zh) 内置假体拓扑优化数学模型构建方法及拓扑优化设计方法
CN110840626A (zh) 一种股骨柄假体的设计方法
CN110833472B (zh) 基于3d打印的个体化定制膝关节仿生假体的制作方法
CN114948350A (zh) 3d打印一体化髋臼重建假体系统及其制备方法
CN116029161B (zh) 一种具有渐变孔隙率的假体设计方法
CN111986310B (zh) 一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法及多孔植入体
CN110353859B (zh) 一种3d打印个性化肋骨置换假体及其制备方法
CN206621458U (zh) 一种表面多孔的髋臼杯假体
CN110841106A (zh) 一种基于选区激光熔化技术的个性化节段骨植入物的设计和制备方法
CN211750283U (zh) 生物学仿生多孔假体
CN113633442A (zh) 一种个体化钽金属颈椎椎间融合器及其设计方法
CN108245288A (zh) 一种治疗桡骨远端肿瘤的3d打印假体及制造方法
CN211561236U (zh) 一种骨缺损修复支架
CN210784852U (zh) 一种3d打印个性化肋骨置换假体
CN111134824A (zh) 一种3d打印胫骨远端钢板及其制备方法
CN113081405B (zh) 一种人工椎体及其制造方法
Yahya et al. Biomechanical Analysis of Spinal Fusion Cage for Lumbar Vertebrae
CN112353530B (zh) 椎间融合器的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant