[发明专利]一种正多面体多孔填充结构跟骨假体及其优化设计方法

权利要求书

1.一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于包括：

步骤S1，创建由跟骨、软组织、地面组成的多个跟骨假体模型；

步骤S2，对多个跟骨模型进行多孔结构建模，在跟骨区分别建立多种不同正多面体多孔结构模型，获得多种正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型；

步骤S3，分别对多种正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型设置不同的假体材料属性，以获得多组不同孔隙率、相同孔类型的正多面体多孔填充结构跟骨假体模型；

步骤S4，将所述多组不同孔隙率、相同孔类型的正多面体多孔填充结构跟骨假体模型在ABAQUS中进行有限元分析，获得多组不同孔隙率、相同孔类型的正多面体多孔填充结构跟骨假体模型的应变能、应力和位移；

步骤S5，对比多组不同孔隙率、相同孔类型的正多面体多孔填充结构跟骨假体模型的最大应变能、最大应力、最大位移，获得最优的正多面体多孔填充结构跟骨假体优化结构。

2.根据权利要求1所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于：所述步骤S1具体包括：

步骤S11：利用CT扫描技术，获得足部的CT扫描数据；

步骤S12：将足部CT扫描数据导入医学软件MIMICS中，通过相应地蒙板提取、阈值分割、区域增长、蒙板编辑、3D计算操作，建立跟骨实体模型；

步骤S13：在Geomagic Studio中通过多边形处理、构造曲面、细化曲面、光顺处理的操作，建立光顺的跟骨模型；

步骤S14：将跟骨模型导入UG中，并在UG中建立软组织、地面模型，最后将三者装配在一起。

3.根据权利要求1所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于：所述步骤S2具体包括：

步骤S21：在UG中设定跟骨区域；

步骤S22：选定跟骨区域作为多孔结构填充区域，并在此区域建立多种不同正多面体阵列多孔填充模型，获得多种正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型；

所述正多面体阵列多孔填充模型的建立规则是以边长为a的球体模型，并将其以间距d进行阵列，多种不同正多面体阵列多孔填充模型的正多面体的边长数。

4.根据权利要求1所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于：所述步骤S3具体包括：

步骤S31：分别制定多组正多面体边长a与阵列间距d的组合；

步骤S32：重复执行步骤2，使得每一种正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型分别具有一组不同孔隙率、相同孔状类型的正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型。

5.根据权利要求1所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于：所述步骤S4具体包括：

步骤S41：将多组不同孔隙率、相同孔类型的正多面体多孔填充结构跟骨假体模型导入到ABAQUS中，在ABAQUS中进行材料属性赋予、网格划分及接触设置；

步骤S42：设置跟骨假体模型的边界条件与载荷施加，模拟足部着地过程，并进行动力学分析；

步骤S43：分析完成后，导出跟骨假体模型的应变能、应力及位移数据。

6.根据权利要求1所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,其特征在于：所述步骤S5具体包括：

步骤S51：获得各个骨假体模型的最大应变能、最大应力及最大位移数据；

步骤S52：分别将多个不同孔隙率的球体多孔填充结构跟骨假体模型的最大应变能、最大应力、最大位移进行对比，获得最优的正多面体多孔填充结构跟骨假体优化结构。

7.一种正多面体多孔填充结构跟骨假体，其特征在于包括跟骨假体和填充在跟骨假体中的空心正多面体阵列。

8.根据权利要求7所述的一种正多面体多孔填充结构跟骨假体，其特征在于：所述正多面体阵列的孔隙率为0.4％，所述正多面体为正八面体。