[发明专利]一种基于年龄因素的钛种植体结构优化方法

说明书

本发明公开了一种基于年龄因素的钛种植体结构优化方法。其步骤为：S1.股骨种植体几何建模；S2.初始年龄段有限元模型的建立；S3.多年龄段股骨种植体有限元模型的建立；S4.评价指标及钛种植体的结构优化。本发明针就患者自身年龄的变化对于钛种植体应力分布的影响进行了研究，并针对钛种植体内部待优化区域提出了一种优化其内部结构的方法，完善了钛种植体的结构设计，提高了其在人体内的使用寿命，降低了钛种植体在承载过程中失效的风险，同时，避免了在针对钛种植体结构优化时非应力集中区域屈服应力过大的情况。

技术领域

本发明涉及涉及下肢种植体的设计领域，尤其涉及一种钛种植体结构优化的方法。

背景技术

目前针对下肢钛种植体的研究主要涉及以下的几个方面：钛种植体与人体生物相容性的研究、钛种植体孔隙率的研究、钛种植体形状的设计、术后针对种植体的加载条件对于骨整合的影响、年龄因素对于骨整合的影响等。在研究年龄因素对于钛种植体的影响时，之前的研究仅仅局限在手术后的恢复阶段，如增龄变化对于种植体与骨组织的结合的影响，种植体周围新骨形成量及骨结合率随年龄变化的差异等，但是对于同一患者长期植入种植体的情况没有进行考虑。由于患者年龄的增长会带来下肢骨组织、肌肉组织材料参数以及几何参数的变化，而这种变化也将使得种植体的受力状态发生变化，从而增加钛种植体局部失效的概率，且钛种植体的使用寿命也会有一定的缩减，若采用整体改变钛种植体孔隙率的方法，则会使得原本非应力集中区域的屈服应力增大，并加大局部的应力遮蔽效应，基于以上的问题，有必要针对长期年龄因素对于钛种植体的影响进行研究，并就年龄因素对于钛种植体的影响提出合理的的结构优化方案来提高其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对长期年龄因素对于钛种植体应力分布的影响进行研究，并基于钛种植体局部应力的变化提出了一种局部更改钛种植体孔隙率的方法，以对钛种植体的结构进行优化。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于年龄因素的钛种植体结构优化方法其特征在于：所述方法的具体实现包含以下步骤：

S1.股骨种植体几何建模；

S2.初始年龄段有限元模型的建立；

S3.多年龄段股骨种植体有限元模型的建立；

S4.评价指标及钛种植体的结构优化。

在所述S1中，股骨种植体几何建模的具体过程还包括以下步骤：

S101.股骨几何模型的建立：

将包含股骨的CT图像进行阈值分割、区域增长、蒙版编辑操作，从而将对应的股骨区域划分出来，之后利用已经分割好的股骨的蒙板建立对应的股骨的三维模型，接着对已经建立的模型进行平滑操作使得所建立的股骨几何模型更加的精确；

S102.股骨几何模型的优化：

虽然在S101中已经建立了股骨的几何模型，且对模型进行了优化处理以及三角面片数量的缩减，但是，股骨几何模型上仍存在尖点和孔洞等瑕疵，因此，需要针对已经建立的模型进行修补、平滑、提取轮廓线、构造栅格以及曲面拟合等处理以得到可以用于后续有限元建模的股骨几何模型；

S103.钛种植体几何模型的建立：