[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

说明书

本发明公开了一种正多面体多孔填充结构跟骨假体设计方法，具体包括以下步骤：步骤S1，建立由跟骨、软组织、地面组成的系统模型；步骤S2，对跟骨模型进行多孔结构建模，获得含正多面体多孔填充结构的跟骨假体模型；步骤S3，分别制定不同正多面体半径r以及阵列间距d的组合，获得多个正多面体多孔填充结构跟骨假体模型；步骤S4，将分别由跟骨假体与软组织、地面组成的多个模型在ABAQUS中进行有限元分析，获得这些跟骨假体的应变能、应力、位移等数据；步骤S5，对比不同孔隙率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、最大位移等数据，获得最优的正多面体多孔填充结构跟骨假体优化结构。本发明还提供了一种正多面体多孔填充结构跟骨假体。

技术领域

本发明涉及一种优化设计方法，具体涉及一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法。

背景技术

跟骨是足部中最大的承载性跗骨，因此也极易受到损伤。常见的跟骨损伤形式包括跟骨骨折，而目前对于跟骨骨折的治疗主要有两种方式，即手术治疗和非手术治疗。其中手术治疗主要包括：切开复位内固定手术、基于增材制造技术的跟骨假体置换手术。对于跟骨假体置换手术，目前很难通过实验的方法去获得跟骨假体在足部运动过程中的相关力学性能并完成跟骨假体的设计。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是通过有限元数值模拟的方法来模拟跟骨假体在足部运动过程中的相关力学性能，并通过对跟骨假体正多面体多孔填充结构挖孔的方法优化设计跟骨假体结构。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种正多面体多孔填充结构跟骨假体优化设计方法,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。

在一较佳实施例中：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，建立起粗糙的跟骨实体模型；

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。

在一较佳实施例中：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。

在一较佳实施例中：所述步骤S3具体包括：