[发明专利]基于梁基结构的复杂多孔种植体设计及制造方法

说明书

基于梁基结构的复杂多孔种植体设计及制造方法，涉及内置假体技术领域。基于梁基结构的复杂多孔种植体设计方法，先采集患者待修补的骨部位数据，建立患者的待修补的骨部位模型；建立修补所述骨部位的种植体模型，将种植体模型分为多孔设计区域以及致密实体的非设计区域；将多孔设计区域设计成由多个梁基结构拼接而成的随型多孔形状；建立种植体‑待修补骨部位的有限元分析模型，进行优化，得到记载了多孔设计区域中每个梁基结构直径的大小的梁基结构最优分布云图；以梁基结构最优分布云图为基础，改变多孔设计区域中每个梁基结构的直径，得到复杂多孔种植体模型。利用本发明的设计方法可以快速获得优化后的复杂多孔种植体，力学性能更良好。

技术领域

本发明创造涉及内置假体技术领域。

背景技术

目前我国缺牙患者数量庞大，牙体、牙列缺损人群发病率高达53%，初步估算我国人群缺牙数亿颗，种植牙由于美观，舒适，耐用，易清洁等优点已经成为了缺齿患者的首选修复方式。

种植牙作为一种经典的种植体，其加工方式为以纯钛或钛合金为原材料利用机加工生产致密的种植体，这样生产的致密种植体与骨的弹性模量不匹配，会造成应力屏蔽现象或周围骨的萎缩，导致种植体的松动或下沉，最终引起种植体的失效。

现有技术中，利用金刚石单元，立方体单元等单元结构均匀填充阵列，将种植体表面做成规则多孔结构，这种方法生成的多孔种植体结构多孔表面有破损或者孤岛效应，同时受制于加工工艺水平的限制，对于种植体这种小件孔径尺寸可调控的范围较小；

现有技术中也有利用工艺手段加工孔隙形状不规则的多孔种植体以减少种植体的当量弹性模量，但是并未考虑种植体多孔结构的受力分布，多孔种植体的疲劳性能，骨吸收程度以及对周围骨的力学性能，其力学性能并不良好。

现有技术中还有利用有限元分析技术，先进行有限元分析和拓扑优化得到种植体不同部分的孔隙率，然后再删除对应种植体不同部分的材料以实现对应的孔隙率，但每进行一次孔隙率的调整和设置就需要重新建模生成多孔结构，并重新评估生成的多孔结构能否进行增材制造，若不能进行增材制造则需要再次重新生成多孔结构再进行评估，这种做法需要浪费大量的时间，甚至在合理的时间内无法收敛在一个实际的解上，不利于个性化种植体的推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明创造提出了一种基于梁基结构的复杂多孔种植体设计及制造方法，可以快速获得优化后的复杂多孔种植体，力学性能更良好。

为解决上述技术问题，本发明提出了以下技术方案。

1.基于梁基结构的复杂多孔种植体设计方法：

采集患者待修补的骨部位数据，建立患者的待修补的骨部位模型；

建立修补所述骨部位的种植体模型，将种植体模型分为多孔设计区域以及致密实体的非设计区域；

将多孔设计区域设计成由多个梁基结构拼接而成的随型多孔形状；

建立种植体-待修补骨部位的有限元分析模型，以每个梁基结构的直径大小作为设计变量，将多孔设计区域的孔隙率、结构强度、疲劳强度、加工尺寸约束、骨吸收及周围骨力学刺激作为结构优化的约束条件对多孔设计区域进行尺寸优化，得到多孔设计区域的梁基结构最优分布云图，所述云图记载了多孔设计区域中每个梁基结构直径的大小；

以梁基结构最优分布云图为基础，改变多孔设计区域中每个梁基结构的直径，得到复杂多孔种植体模型。

本发明的基于梁基结构的复杂多孔种植体设计方法的最小部分为梁基结构，与现有技术的方案相比，每一个梁基结构的直径都可以根据有限元分析的结果进行调整，形成的多孔结构的不同部分的孔隙率会根据种植体不同部分在植入环境的受力进行改变，其能更加接近真实骨的真实受力情况，减少力学屏蔽，使得种植体的力学性能更良好。