[发明专利]基于TPMS的植入物结构设计方法及其系统、电子设备

说明书

本发明提供了一种基于TPMS的植入物结构设计方法及其系统、电子设备,包括以TPMS函数中的G函数为基础函数来构建骨组织工程支架微孔单元；将G函数修改为G*函数；改变G*函数中变量c的值，在Mathematica中运行，得到不同形状的可视化三维曲面；计算不同变量c值所对应的微孔单元的孔隙率，得到变量c与微孔单元的孔隙率的拟合方程，根据孔隙率要求反求得到目标参数c；建立初始植入物模型，将目标参数c对应的三维曲面转化为目标片体数据，将目标片体数据输入到建模软件得到目标TPMS结构，进行目标TPMS结构与初始植入物模型的布尔运算，得到目标植入物结构，建模过程简单方便快捷，易于操作。

技术领域

本发明涉及植入物结构设计技术领域，具体涉及一种基于TPMS的植入物结构设计方法及其系统、电子设备。

背景技术

TPMS设计的结构由于其在空间上的无限延伸、平均曲率为零、高比表面积、良好的拓扑优化结构和无支撑性，在航天航空、机械制造以及医疗方面都引起了极大的关注。将TPMS的多孔结构与植入物相结合，使得植入物具有优良的骨诱导性能，并且有效降低了植入的弹性模量，避免应力遮蔽效应，能够为患者提供更好的解决方案。

借助计算机图形学的发展，基于隐式曲面设计的方法替代传统点阵结构实现高孔隙率的多孔结构成为当前的研究热点。现阶段生成TPMS结构的方法主要为采用拼接不同曲面的设计方法在曲面上进行复合孔设计，通过该设计方法获得的复合TPMS结构孔隙率小于90％，且但是建模难度大、可控性较差，难以维持原有曲面的连续性。而本技术发明解决了目前TPMS多孔结构设计与建模方面建模难度大、可控性较差等不足，在开发复杂多孔结构植入物模型上有着极大的便利性和可操控性。

因此，现有技术还有待进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于TPMS的植入物结构设计方法及其系统、电子设备，以解决现有技术存在的问题。

为达到上述技术目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种基于TPMS的植入物结构设计方法，包括：

S100、以TPMS函数中的G函数为基础函数来构建骨组织工程支架微孔单元；将G函数修改为G*函数；改变G*函数中变量c的值，在Mathematica中运行，得到不同形状的可视化三维曲面；

S200、计算不同c值所对应的微孔单元的孔隙率，得到变量c与微孔单元的孔隙率的拟合方程，根据孔隙率要求反求得到目标参数c；

S300、建立初始植入物模型，将目标参数c对应的三维曲面转化为目标片体数据，将目标片体数据输入到建模软件得到目标TPMS结构，进行目标TPMS结构与初始植入物模型的布尔运算，得到目标植入物结构。

具体地，所述S100中的G函数为：

将G函数引入参数c得到G*函数。

具体地，所述G*函数为：

具体地，所述S100还包括：

将TPMS函数输入到Mathemat ica中，对TPMS函数中的G函数进行验证处理，以TPMS函数中的G函数为基础函数来构建骨组织工程支架微孔单元。

具体地，所述S100中建立的骨组织工程支架微孔单元的最小结构单元尺寸为L，所述最小结构单元尺寸L的计算公式为：

L＝2π/T。

具体地，所述S200中的所述得到变量c与微孔单元的孔隙率的拟合方程具体为：