[发明专利]一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法及多孔植入体

权利要求书

1.一种考虑软组织附着和骨生长的下颌骨多孔植入体的设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)患者CT图像数据采集及下颌骨三维模型建立：

①患者CT图像数据采集:使用CT扫描设备对患者的下颌骨进行数据采集，并将其下颌骨CT数据存储在存储设备中；

②下颌骨三维模型的建立：利用医学图像处理软件对下颌骨CT数据进行数据处理，重建下颌骨三维模型，根据下颌骨三维模型确定患者的下颌骨病变位置及范围大小；

③下颌骨病变部分模拟切除：根据下颌骨病变区域，利用医学图像处理软件中的设计工具对病变部分模拟切除，得到下颌骨缺损模型；

④病变缺损部位修复模型的建立：根据下颌骨缺损模型的缺损大小及位置不同，采用镜像技术或者曲面重建技术的方法修复病变缺损部位，得到完整的下颌骨修复模型，并基于此生成下颌骨有限元网格模型；

2)下颌骨多孔植入体的设计

2.1)基于生物力学的下颌骨多孔植入体的个性化分层多孔植入体主体结构设计；

①下颌骨缺损修复部位的生物力学分析：以下颌骨修复模型为基础，构建有限元分析模型，进行有限元仿真分析，得到下颌骨的生物力学特性，并进一步得到缺损修复部位的生物力学特性；

②下颌骨多孔植入体的个性化分层多孔植入体主体结构设计：根据下颌骨缺损修复部位的生物力学特性和下颌骨生物结构特点，对下颌骨修复模型进行不等距分层设计处理，得到若干层片状结构，并在不同片状结构上设计不同大小的孔洞结构，每层孔洞结构相互错开，若干层片状结构之间通过连接杆连接，形成分层多孔植入体主体结构；

2.2)考虑软组织生长的多孔植入体表面结构拓扑优化设计

①多孔植入体表面结构的初始结构设计：利用医学图像处理软件，在下颌骨修复模型上，提取缺损修复部位表面，设计生成2mm的薄板结构，并对薄板结构边缘部分进行光滑修剪处理，并利用有限元网格处理软件进行网格划分，得到初始结构的有限元实体网格模型；

②多孔植入体表面结构的初始结构拓扑优化：将患者的下颌骨有限元网格模型和多孔植入体表面结构的初始结构的有限元实体网格模型导入有限元仿真软件中，设置优化条件为应变能最小化，优化目标为体积小于70％，利用有限元仿真软件中的拓扑优化模块进行优化分析，得到多孔植入体表面结构的优化形状；

③多孔植入体表面结构的设计：将优化形状后的多孔植入体表面结构导出到网格处理软件中进行修整，得到表面结构的优化模型，根据优化模型中的密度分布特征及下颌骨植入体在承担载荷中力学分布特点，依据力学传递原则合理配置设计植入体表面的材料分布及走向；与此同时，考虑软组织的附着生长，在植入体表面设置网格结构；

2.3)将多孔植入体表面结构和个性化分层多孔植入体主体结构进行布尔组合，得到完整的分层多孔下颌骨植入体；

2.4)多孔植入体的固定连接结构拓扑优化设计

①固定连接结构的初始设计：利用医学图像处理软件提取植入体固定位置下颌骨表面，设计生成2mm的薄板结构，并对薄板结构边缘部分进行光滑过渡处理，并利用有限元网格处理软件进行网格划分，得到固定连接结构的有限元实体网格模型；

②固定连接结构的拓扑优化：将患者的下颌骨有限元网格模型、多孔植入体表面结构的初始结构的有限元实体网格模型以及固定连接结构的有限元实体网格模型导入有限元仿真软件中，设置优化条件为应变能最小化，优化目标为体积小于70％，利用有限元仿真软件中的拓扑优化模块进行优化分析，得到固定连接结构的优化形状；

③固定连接结构的优化及螺钉的确定：将得到的固定连接结构的优化形状结构导出到网格处理软件中进行修整，得到固定连接结构的优化模型，并在该固定连接结构的优化模型上，根据下颌骨的生理解剖特点，设计确定具有最佳生物力学特征的螺钉固定位置及数量；

④将固定连接结构和分层多孔下颌骨植入体进行布尔组合，并对布尔结构进行光滑过渡处理，得到下颌骨多孔植入体模型；

3)对下颌骨多孔植入体模型进行3D打印；

4)对打印后的下颌骨多孔植入体模型进行抛光、喷砂、羟基磷灰石涂层的后处理工艺，得到能应用于临床修复的下颌骨多孔植入体。