[发明专利]一种股骨柄假体的设计方法

说明书

一种股骨柄假体的设计方法，涉及一种医疗器械技术领域，解决现有股骨柄假体采用高弹性模量的材料，导致与人体股骨弹性模量差距悬殊，造成不同程度的应力遮挡问题，同时制造工艺难以实现定制化及复杂内部结构的制造需求，不能实现个体化需求的高匹配性假体等问题，STL模型建立、模拟手术建立模型、有限元网格模型建立、模型材料属性的建立、边界条件建立、拓扑优化参数设定和将优化后的模型提取STL格式文件，在Inspire软件中进行光顺等去除棋盘格局的后处理。得到优化后的股骨柄模型。最终将优化后的假体由ti6al4v制成，采用电子束熔融技术，Arcam Q10 plus金属打印机完成制造。本发明的假体柄结构的设计方法，其一体成型，无需切割、拼接等加工，结构的生物相容性好。

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，具体涉及一种股骨柄假体的设计方法。

背景技术

人工髋关节置换手术已成为治疗退行性关节炎、股骨头坏死等髋关节终末期疾病的成熟手段，目前临床上使用的人工髋关节假体包括骨水泥固定型假体和非骨水泥固定型假体。现有的髋关节股骨柄假体主要有：Ribbed解剖柄、CFP保留股骨颈短柄假体、S-ROM组配式假体柄、CORAIL柄、Synergy Porous柄等。目前股骨柄假体材料多为钛及钛合金、钴基合金、钽等金属及合金。尤其是钛合金，其具有密度低、比强度高、机械性能好、耐腐蚀和良好的生物相容性等特点，已经被广泛应用于医疗领域，其在人工植入物中也得到了一定的应用，髋关节置换术中股骨柄假体的设计尤为重要。各种类型假体都有根据患者情况选择不同的型号，以实现更好的匹配。目前，广泛应用于临床的各种假体大多采用金属传统制造工艺。具体存在以下几点问题：

1.股骨柄假体采用高弹性模量的金属或合金材料，与人体股骨弹性模量差距悬殊，这会造成不同程度的应力遮挡问题，以至于出现假体松动，假体周围骨折等一系列复杂的术后并发症，不得不选择术后翻修，为患者造成身心及经济的巨大损害。

2.传统的股骨柄假体为了骨长入采取了表面处理、深沟槽设计等方式增加骨长入的机会，缺乏生物力学依据。

3.传统的制造工艺难以实现定制化及复杂内部结构的制造需求，不能实现个体化需求的高匹配性假体。

4.传统的股骨柄假体缺少进行自身骨植入的空间。

发明内容

本发明为解决现有股骨柄假体采用高弹性模量的材料，导致与人体股骨弹性模量差距悬殊，造成不同程度的应力遮挡问题，同时制造工艺难以实现定制化及复杂内部结构的制造需求，不能实现个体化需求的高匹配性假体等问题，提供一种新型股骨柄假体的设计方法。

一种新型股骨柄假体的设计方法，该设计方法由以下步骤实现：

步骤一、采用UG软件建立Synergy porous假体的三维模型；选取真实的股骨的CT扫描数据，采用Mimics软件对所述股骨的CT扫描数据进行建模，获得股骨三维模型，并分别导出Synergy porous假体的三维模型及股骨三维模型的STL格式文件；

步骤二、对步骤一中股骨三维模型进行模拟手术，将股骨头切除，将步骤一中导出的STL格式的Synergy porous假体模型文件导入所述股骨三维模型的Mimics软件中，实现将股骨柄假体插入到股骨模型中，对股骨模型与假体模型进行布尔运算，即股骨模型减去假体模型，获得置换的股骨模型；

步骤三、建立有限元网格模型；将步骤一生成的假体模型与步骤二获得的置换的股骨模型分别传输至Hypermesh软件中，对股骨及假体进行网格划分，设置网格类型为四面体，假体与股骨网格尺寸为2mm；

步骤四、将步骤三中划分网格的股骨模型采用Mimics自带公式将股骨模型的灰度值与任意位置的密度和弹性模量分别对应，达到股骨模型非均质材料属性的建立，假体模型根据假体材料Ti6Al4V的属性进行赋值；