[发明专利]基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法和应用

说明书

本发明公开了基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法，包括如下步骤：步骤一：构建仿生手指轮廓线；步骤二：构建仿生手掌面；步骤三：构建股骨髁假体贴合掌面。本发明还公开了基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法在膝关节置换手术中的应用。本发明通过设置关键关节点构建仿生手指结构，设置与人体股骨髁相符合的股骨髁假体贴合面曲面，通过调节掌面弯曲参数、掌面尺寸参数修改仿生手掌面，并基于股骨髁外侧轮廓线得到股骨髁贴合掌面。该方法具有简单、灵活、高效等特点，仿生手结构贴合掌面与股骨髁贴合度好，使得膝关节弯曲度高，灵活性好。

技术领域

本发明涉及一种基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法和应用，属于计算机辅助分析技术领域。

背景技术

股骨髁假体是膝关节假体的重要组成部分。股骨髁假体设计是医疗器械领域的关键技术，对膝关节置换手术治疗效果有至关重要作用。通常，我们把股骨髁假体表面中替代原生股骨髁的一侧为贴合面。股骨髁假体贴合面与原生股骨髁的匹配程度越高，越有利于康复，进而减少术后假体松动、血供不佳等问题。可见，股骨髁假体贴合面的设计至关重要。目前，股骨髁假体设计多采用计算机辅助设计技术。然而，人体股骨髁形态存在较大的个体差异，现有设计方法存在通用性差、贴合度低等问题。

手为人体非常重要的器官，其特殊的结构能帮助人完成稳固、抓取等各式各样复杂和灵巧的作业。受到人体手结构的启发，本发明给出基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法，通过设置关键关节点构建仿生手指结构，设置与人体股骨髁相符合的股骨髁假体贴合掌面，掌面弯曲度参数、掌面尺寸参数修改仿生手掌面，并基于股骨髁外侧轮廓线得到股骨髁贴合掌面。该方法具有简单、灵活、高效等特点，仿生手结构贴合面与股骨髁贴合度好，使得膝关节弯曲度高，灵活性好。同时，仿生手结构贴合掌面像手掌一样托举着股骨髁，可以取得更好的抓取效果，进而有效避免术后假体松动等问题。本发明为股骨髁假体设计提供了新方法，对提高膝关节置换手术治疗效果有重要意义和价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何提高股骨髁假体贴合面与原生股骨髁的匹配度，为此本发明提出基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法，通过构建内侧手仿生结构和外侧手仿生结构，设置掌面尺寸参数和弯曲参数，构建与原生股骨髁高度匹配的股骨髁假体贴合面。该方法具有简单、灵活、高效等特点，为股骨髁假体设计提供了新方法，进而为提高膝关节置换术提供了基础。

同时，本发明提供了基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法在膝关节置换手术中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于仿生手结构的股骨髁假体贴合面设计方法，包括如下步骤：

步骤一：构建仿生手指轮廓线；

步骤二：构建仿生手掌面；

步骤三：构建股骨髁假体贴合掌面。

步骤一中，仿生手包括内侧仿生手和外侧仿生手，均由4条手指轮廓线构成；

内侧仿生手，由内向外，手指轮廓线依次为：食指轮廓线i＝1、中指轮廓线i＝2、无名指轮廓线i＝3和小拇指轮廓线i＝4；

内侧仿生手的每条手指轮廓线均是由起点A_i、一级关节点P_i1、二级关节点P_i2、三级关节点P_i3和末点B_i构成的指骨线构建而成；

所述指骨线包括：

一级指骨A_iP_i1：对应籽骨，为起点A_i和一级关节点P_i1之间的线段；