[发明专利]仿生多孔梯度人工髋关节基体的设计方法

权利要求书

1.一种仿生多孔梯度人工髋关节基体的设计方法，其特征在于：人工髋关节的主体部分是由低密度区、中密度区和高密度区排列组合构成的支架；由低密度区、中密度区和高密度区排列组合而成的仿生多孔结构，各个单元的孔之间是联通的，各单元间形成的孔道具有由内部到表层尺寸逐渐减小趋势特征，可形成流体运动的毛细效应，从而利于关节囊腔结构中润滑介质的储运和关节面受压状态下润滑介质由内部向表层的定向流动；通过构建具有梯度力学性能的多孔基体，实现分层层耦联功能和仿生人工关节界面的高承载与高耐磨效应；包括以下步骤：

步骤（1）根据临床的实际需求和患者实际病损关节的情况，虑及病损关节的几何特性、骨模量和失效机理，仿生人工髋关节的仿生模本、基体材料和增材制造制备工艺；

步骤（2）通过CT或MRI影像数据获取患者的病损关节断层扫描数据，对其进行图像处理和几何建模，如临床上有需要，则可先通过3D打印技术制作出骨关节的模型；并通过有限元分析软件对其进行力学分析，得到应力、应变分布情况；

步骤（3）以具有多孔梯度特性的骨关节基体为仿生模板，对仿生人工髋关节进行多孔梯度设计，分别构建具有有序多孔梯度特性的低密度区、中密度区和高密度区，模拟因表层骨密质向内部骨松质的结构性差异引起力学性能差异，构建具有可控有序梯度特性的关节基体杨氏模量和孔隙率，实现表层高模量低空隙和内部低模量高空隙的梯度设计；

步骤（4）对设计出的仿生人工髋关节通过有限元软件进行力学分析，得到仿生人工髋关节基体的应力、应变和刚度分布情况，与植入前病损关节的力学参数进行对比；若分析获取的应力、应变和刚度分布情况与植入前的情况基本一致、应力遮挡效应低于40%，即股骨上任何一点的应力在仿生人工髋关节植入后不低于植入前的60%，则可对仿生人工髋关节基体的结构进行定型；

步骤（5）以粒度范围为15-45μm的Ti6Al4V粉末为基体材料，通过激光选取烧结增材制造来制造设计的仿生人工髋关节，最终得到所需的人工髋关节。

2.根据权利要求1所述的仿生多孔梯度人工髋关节基体的设计方法，其特征在于：所述的低密度区、中密度区和高密度区单元均是边长为2mm，且内部是空心的正方体；低密度区单元由三部分构成，顶层和底层是在一个2 mm×2 mm×0.2mm的立方体的中心去除一个1.8mm×1.8 mm×0.2mm的立方体后剩余的部分；顶层和底层之间通过四个0.2mm×0.2 mm×1.6 mm的立柱连接；中密度区单元由三部分构成，顶层和底层是在一个2 mm×2 mm×0.2mm的立方体的中心去除一个1 mm×1 mm×0.2mm的立方体后剩余的部分；顶层和底层之间通过四个0.2 mm×0.2 mm×1.6 mm的立柱连接；高密度区单元是在2 mm×2 mm×2mm的正方体的每个面上去除一个1 mm×1 mm×0.2mm的立方体，并在正方体的中心去除一个1.6 mm×1.6 mm×1.6mm的正方体之后剩余的部分。