【技术实现步骤摘要】
一种基于骨小梁结构形态和力学性能的多孔结构设计方法
本专利技术涉及一种基于骨小梁结构形态和力学性能的多孔结构设计方法，属于生物医疗工程
技术介绍
骨小梁是机体的椎骨及股骨等长骨端内的网状结构，起支撑造血组织和保证血液等物质流通的作用。研究发现，当骨小梁结构产生一定程度的损坏时，整体骨结构的性能明显降低。此外，骨小梁的结构破损不能通过机体自身的恢复机制复原，只能靠药物或者去除破损进行植入物固定等方式治疗。由于破坏方式和受损程度不一致，植入物无法应用于所有损伤治疗中。目前针对骨折等情况的治疗方法，多是通过植入钛合金等生物相容性较好的实心金属棒进行支撑或固定。然而，金属植入物多为实心植入体，密度远大于真实骨组织结构，植入后应力抵抗作用较大，导致骨细胞不易生长并易引起机体的不适，且在骨连接部位会造成一定程度的骨结构损坏使固定失败。骨小梁结构具有较高的孔隙率，这是骨组织支撑作用的重要影响因素。因此，为了减少实心植入物对机体的损坏，研究人员提出设计仿骨小梁的多孔结构的方法。仿生多孔结构与实心植入物相比，不仅具有良好的生物相容性，而且可以通过对特定性能的控制实现结构的...
【技术保护点】
1.一种基于骨小梁结构形态和力学性能的多孔结构设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立骨小梁的三维模型，为了保证正确表征骨小梁的结构形态，重建骨小梁的三维模型作为结构设计的基础，具体包括以下子步骤：(a)根据实验设计要求截取股骨头内骨小梁结构进行物理处理，利用Micro‑CT仪器扫描获得骨小梁的DICOM格式图像；(b)利用Mimics软件对骨小梁图像进行预处理，包括调整窗宽和窗位，阈值分割和区域增长，去除孤立结构单元，得到边界清晰的骨小梁结构图像，并重建骨小梁三维结构模型；步骤2、求解骨小梁的形态学参数，为了准确衡量骨小梁的结构形态特点，利用形态学参数来进行定量测量...
【技术特征摘要】
1.一种基于骨小梁结构形态和力学性能的多孔结构设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立骨小梁的三维模型，为了保证正确表征骨小梁的结构形态，重建骨小梁的三维模型作为结构设计的基础，具体包括以下子步骤：(a)根据实验设计要求截取股骨头内骨小梁结构进行物理处理，利用Micro-CT仪器扫描获得骨小梁的DICOM格式图像；(b)利用Mimics软件对骨小梁图像进行预处理，包括调整窗宽和窗位，阈值分割和区域增长，去除孤立结构单元，得到边界清晰的骨小梁结构图像，并重建骨小梁三维结构模型；步骤2、求解骨小梁的形态学参数，为了准确衡量骨小梁的结构形态特点，利用形态学参数来进行定量测量，具体包括以下子步骤：(a)导出Mimics中建立的三维模型的STL格式文件，并将其导入到Magics软件中得到骨小梁的体积信息Vm，结合包含孔洞和骨小梁的总体积V求解结构的体积分数Vm/V；(b)利用MATLAB程序对Mimics重建的目标结构的图像进行截取操作，保证每一个目标区域具有相同的图像尺寸和结构体积，同时对结构的整体结构图像不产生影响；(c)将截取的骨小梁图像导入至图像处理软件ImageJ中，利用BoneJ插件求解骨小梁的形态学参数，包括各向异性即Anisotropy、连通性即Connectivity、结构模型指数即StructureModelIndex、厚度即TrabecularThickness、数量即TrabecularNumber和间隙即TrabecularSeparation，然后利用测量各向异性中获得的拟合椭球的长轴计算结构方向θ；(d)将求解的形态学参数结果进行换算，按照结构体素单元数目与结构体积的比例关系，将骨小梁形态学参数计算结果转换为以毫米为单位的参数表示结果；步骤3、导出骨小梁体网格模型，为了减少模型网格划分时的尺寸差异，在Mimics软件中三维重建后进行体网格划分，选用Hexahedral8-point单元类型，smoothing模块迭代次数为4，平滑因子为0.5，并选中Closesmallholes、Filtersmallparts和improveConnectivity选项，去除骨小梁结构中的孤立结构；步骤4、计算骨小梁的力学性能，结合代表体元法和有限元法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘蓉，郭新路，王永轩，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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