[发明专利]一种复合结构股骨假体的制作方法

权利要求书

1.一种复合结构股骨假体的制作方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤依次进行：股骨假体的三维重建，建立股骨假体及连接件的数学模型，股骨假体的网格划分，不同生物力学环境下的有限元分析，确定评价指标并优化选择，利用3D打印技术制作股骨假体，

所述股骨假体的三维重建步骤为：将患者的DICOM格式的CT图像导入到三维重建软件中进行三维重建操作，依次经过体绘制分割，阈值分割，简便种子点，团块分离，二维编辑和网格光滑步骤，分别得到患者对侧正常股骨的皮质骨和松质骨的模型，并且记录数据；

所述建立股骨假体及连接件的数学模型步骤为：建立股骨头假体头部（1）的数学模型、建立股骨头假体尾部（2）的数学模型、在股骨头假体尾部（2）的数学模型的基础上建立连接件（3）的数学模型，对建立的数学模型进行布尔运算，

其中建立股骨头假体头部（1）的数学模型时，根据患者对侧健康骨模型，建立股骨头假体头部（1），具体步骤包括组合、切除拉伸、建立基准面和分割，最终获得股骨头假体头部（1）的数学模型，股骨头假体头部（1）的上部呈球型结构，与髋臼配适，

建立股骨头假体尾部（2）的数学模型时，根据患者对侧健康骨模型，建立股骨头假体尾部（2），具体步骤包括组合、切除拉伸、建立基准面和分割，需保证股骨头假体尾部（2）的上部与股骨头假体头部（1）的下部形状、大小以及建模位置均完全吻合，

所述的连接件（3）的中部为圆柱体状，在圆柱体的两端分别设置有一个十字架结构，

在股骨头假体头部（1），股骨头假体尾部（2）和连接件（3）建立完毕后，利用三维重建软件模拟手术状况，切除正常的股骨头以及与假体部分重合的松质骨上端，并根据各部位之间的关系分别进行布尔运算，

而每组需要进行的布尔运算有：股骨头假体头部（1）与假体连接件（3）进行布尔减运算，头部镂空，

股骨头假体尾部（2）与假体连接件（3）进行布尔加运算，尾部突出，

皮质骨分别与股骨头假体头部（1）、股骨头假体尾部（2）进行布尔减运算；

股骨头假体尾部（2）与松质骨进行布尔减运算；

所述股骨假体的网格划分步骤为：将做好的股骨皮质骨，松质骨、股骨头假体头部（1）以及股骨头假体尾部（2）导入到网格划分软件中进行网格划分，划分面网格，检查网格空洞、并进行修复，然后进行体网格划分操作，得到四面体单元网格划的模型，随后导出INP文件并保存；

所述不同生物力学环境下的有限元分析步骤为：将划分网格完成的文件导入到有限元分析软件中，并且将皮质骨，松质骨、股骨头假体头部（1）和股骨头假体尾部（2）导入到同一个模块中，上述各部分材料属性按照如下设定：股骨头假体头部（1）的材料为聚醚醚酮，弹性模量为4100MPa，泊松比为0.4，松质骨的弹性模量为500MPa，泊松比为0.3，股骨头假体尾部2的材料为钛合金，弹性模量为110000MPa，泊松比为0.3，皮质骨的弹性模量为16000MPa，泊松比为0.3，连接件的材料为钛合金，弹性模量为110000MPa，泊松比为0.3，

在添加载荷之前先将股骨处受力简化，并分别分析两种状态下的受力情况，即双腿静止站立以及缓慢行走两种状态，

创建一个任务，然后提交运算，并在运行完成之后，选择可视化，显示云图，选择最大应力与总应力的结果导出，分别记录骨股骨头假体头部（1）与股骨头假体尾部（2）的元素个数；

所述确定评价指标并优化选择步骤为：从双腿静止站立姿态下得到的有限元分析结果中，挑选受力均匀且最大应力最小的模型，从缓慢行走姿态下得到的有限元分析结果中，挑选受力均匀且最大应力最小的模型；

所述利用3D打印技术制作股骨假体步骤为：1.将制作好的建立股骨头假体头部（1）、股骨头假体尾部（2）以及连接件（3）的数学模型，导入多材料一体成型3D打印机控制软件，按熔点从高到低的顺序转换为3D打印机可识别的信号并形成文件，

将peek材料、钛合金材料装入送料器，预热两个打印头，使其温度达到各材料熔点，将文件输入主机板准备开始打印，

材料切换过程由主机板传输的信号控制，当钛合金模型部分打印完成时，冷却风扇会将工件温度降低到连接材料熔点温度以下，此时主机板传输信号切换打印头并开始打印连接部分，之后切换至peek材料，切换过程同上，直至打印完成。