[发明专利]基于八面体杆结构的多孔骨植入体的力学性能评测方法

说明书

本发明公开了一种基于八面体杆结构的多孔骨植入体的力学性能评测方法，多孔骨植入体由至少一个八面体杆结构基本单元利用建模方法拼接构成；八面体杆结构基本单元包括由十二根小梁构成的八面体及分别由八面体的八个面为底面、由八面体的六个顶点分别向外延伸出小梁而构成的八个三棱锥体，相邻小梁之间形成孔隙，八面体杆结构基本单元形成有呈三维空间分布的多个孔隙；建立多孔骨植入体的等效模量差值与小梁尺寸之间的第一定量分析关系，根据第一定量分析关系，预测多孔骨植入体的力学性能；其中，其中，等效模量差值为利用仿真分析方法得到的多孔骨植入体的等效弹性模量与利用样件测试得到的多孔骨植入体的等效弹性模量的差值。

技术领域

本发明涉及生物医用假体技术领域，特别是指一种基于八面体杆结构的多孔骨植入体的力学性能评测方法。

背景技术

随着老龄化社会的深入及交通事故、自然灾害的发生，骨修复、骨置换的需求越来越多，如何提供安全可靠，且具有良好力学性能，组织再生性能的骨植入物(骨植入体包括骨支架和骨假体等，骨假体包括骨关节、骨板、骨钉等)已成为亟待解决的临床问题之一。现有的金属实体骨植入体，一般由316不锈钢、钴基合金、钛及钛合金等金属材料制成，金属制骨植入体的刚度远大于人体骨骼(密质骨3—30GPa；松质骨0.02—2GPa)，容易引起骨板与原骨力学性能不匹配，发生应力遮挡等问题，导致相邻骨骨质疏松，假体松动等问题，多孔仿生骨植入体具有刚度低，应力遮挡小，易于细胞粘附生长及组织再生，个性化定制等特点，具有巨大的临床需求和广阔的应用前景。

研究表明，对于多孔仿生骨植入体，其多孔结构的形态及形体参数是影响力学性能的重要因素。目前，大部分仿生骨植入体的多孔结构是沿单方向设计，结构单一，性能差别不大；同时，多孔仿生骨植入体的个性化设计依赖于经验，尚缺乏可控、量化的科学设计方法，存在力学性能不匹配，潜在风险大，组织再生性能不佳等问题，大大限制了多孔仿生骨植入体的临床应用和推广；又者，目前一般是利用3D打印技术制备多孔仿生骨植入体，受3D打印技术的限制，其逐层累加的工艺特点及金属粉末粒径的大小对于不同多孔结构的力学性能及组织再生性能影响较大，导致设计的多孔仿生骨植入体与3D打印制备出的骨植入体的力学性能差异较大，对于骨植入体与宿主骨的力学性能适配，长期有效服役是极为不利的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于八面体杆结构的多孔骨植入体的力学性能评测方法，多孔骨植入体由至少一个八面体杆结构基本单元利用建模方法拼接而成，具有三维空间分布的若干孔隙，能够对多孔骨植入体的力学性能进行定量分析与预测。

基于上述目的，本发明提供了一种基于八面体杆结构的多孔骨植入体的力学性能评测方法，包括：

所述多孔骨植入体由至少一个八面体杆结构基本单元利用建模方法拼接构成；

所述八面体杆结构基本单元包括：由十二根小梁构成的八面体及分别由所述八面体的八个面为底面、由所述八面体的六个顶点分别向外延伸出小梁而构成的八个三棱锥体，相邻小梁之间形成孔隙，所述八面体杆结构基本单元形成有呈三维空间分布的多个孔隙；

建立所述多孔骨植入体的等效模量差值与小梁尺寸之间的第一定量分析关系，根据所述第一定量分析关系，预测所述多孔骨植入体的力学性能；

其中，所述等效模量差值为利用仿真分析方法得到的多孔骨植入体的等效弹性模量与利用样件测试得到的多孔骨植入体的等效弹性模量的差值。

可选的，所述多孔骨植入体的等效模量差值与所述小梁尺寸之间的本构关系为y＝16.457x^2.2551，其中，x为所述小梁尺寸，y为所述等效模量差值。

可选的，建立所述多孔骨植入体的形体参数与所述多孔骨植入体的等效弹性模量之间的第二定量分析关系，根据预设的形体参数，按照所述第二定量分析关系确定所述多孔骨植入体的等效弹性模量；其中，所述形体参数包括：所述多孔骨植入体的体积、孔隙率、表面积、比表面积、最大孔隙的孔径。