[发明专利]一种基于TPMS设计个性化医用下颌骨模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种基于TPMS设计个性化医用下颌骨模型的建模方法，包括：数据提取；逆向建模；布尔运算。根据患者真实的待修复下颌骨的影像数据，阈值分离出待修复下颌骨，经网格化处理后进行逆向建模，得到对应的实体模型；将其于TPMS中典型的Gyroid结构进行布尔运算，得出Gyroid结构的仿生骨支架，再将其髁状突实心化，为了便于后续3D打印支撑的去除，也增强了待修复下颌骨下缘处的强度，设计紧贴多孔下颌骨下缘的预设厚度薄片。该建模方法以TPMS结构作为单胞，对待修复下颌骨进行多孔设计，从而将TPMS结构优良的力学性能和生物学性能与骨支架有机的结合起来，可成为临床上有效的骨支架设计。

技术领域

本发明涉及医用假体技术领域，尤其涉及植入性修复体技术领域，特别涉及一种基于TPMS设计个性化医用下颌骨模型的建模方法。

背景技术

医用假体缺损后的修复重建一直医学外科领域的研究热点，比如人工全髋关节、人工颅骨、下颌骨等；以下颌骨修复重建为例是口腔颌面外科的研究热点，不仅要恢复医用假体的形态和面部轮廓，更重要的是恢复医用假体的生理功能。在医用假体缺损的修复重建中当前仍主要依靠骨移植，自体骨移植的应用历史悠久，迄今仍然在临床普遍采用，被认为是目前修复小段骨缺损最好的方法；其次在口腔内非血管化的自体块状骨移植也很多见，另外还有带血管蒂的自体骨移植也可修复医用假体缺损，但其手术损伤较大。

因此寻求自然骨的仿生替代物用于骨移植是目前普遍认为的更为理想的治疗方法。

近年来，学者们发现一些多孔金属如多孔钛、多孔镍钛等是人体骨的理想替代，多孔结构能有效地促进骨长入和骨结合，随着增材制造技术的发展，涌现出了一些关于多孔医用假体假体的设计。

相关技术中，三周期极小化曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)是一种三维空间的三个独立方向均呈现出周期性的曲面，具有平均曲率为零的特点(又称极小化周期曲面)。TPMS能够在三个周期方向上进行无限扩展,提供了一种精确描述自然和人造世界里各种物理结构的模型，尤其可实现多孔结构的数字化表示。极小化曲面几何形状结构普遍存在于自然界中，如甲壳虫、蝴蝶羽翼和动物的骨骼等。

因此，如何将相关技术TPMS，应用于设计医用假体方面，成为一项全新突破，且如何克服或优化上述现有技术中医用假体缺损后的修复重建问题，同行从业人员亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于TPMS设计个性化医用下颌骨模型的建模方法，以TPMS结构作为单胞，对医用假体进行多孔设计，从而将TPMS结构优良的力学性能和生物学性能与骨支架有机的结合起来，有望作为临床上有效的骨支架设计，为支架的临床建模设计提供一种选择方法；可避免传统的修复医用假体缺损其手术损伤较大的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明实施例提供一种基于TPMS设计个性化医用下颌骨模型的建模方法，包括：

S10、获取患者对应的待修复下颌骨的影像数据，初步提取所述待修复下颌骨区域的模型；

S20、根据所述待修复下颌骨区域的模型，进行逆向建模，得到对应的实体模型；

S30、将所述实体模型进行合适单胞尺寸、孔隙率、网格精度的选择，以获得Gyroid结构的仿生骨支架；

S40、将两个所述实体模型分别设置不同的坐标系，进行布尔运算交集，得到预设厚度的待修复下颌骨薄片；

S50、设计实心髁状突结构及Gyroid结构的剩余待修复下颌骨部分，进行合并，得出个性化Gyroid结构的待修复下颌骨的仿生支架；

S60、将所述待修复下颌骨薄片、待修复下颌骨的仿生支架，进行拟合处理，获得所述患者对应的个性化医用下颌骨模型。

进一步地，所述S20步骤，包括：