本发明专利技术提供了一种生物力学高适配的仿生人工半月板、成型系统及方法，所述成型方法包括以下步骤：S1：获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据；S2：通过膝关节部位骨的医学影像数据对半月板的医学影像数据进行三维重建；S3：根据生物力学原则对三维重建后的半月板三维模型进行简化和参数确定；S4：根据S3中数据重构半月板模型，并制造人工半月板模具；S5：通过S4中的人工半月板模具进行人工半月板的一体化注射成型，本发明专利技术人工半月板具有优异的形状适配性以及良好的生物力学适配性，同时具有一定的耐磨损耐疲劳性能，在运动医学、半月板修复以及半月板全切除后的置换有巨大的应用前景。大的应用前景。大的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种生物力学高适配的仿生人工半月板、成型系统及方法
[0001]本专利技术涉及生物材料
，尤其涉及一种生物力学高适配的仿生人工半月板、成型系统及方法。
技术介绍
[0002]半月板是是膝关节的重要组成之一，胫骨平台和股骨髁之间的软骨，具有缓冲关节压力、稳定关节的作用。但突发的撞击、不正确的剧烈运动等都会造成半月板的损伤。此外，随着年龄的增长，半月板存在不可逆的损伤，因此存在大量的半月板损伤患者，而这些患者中有相当一部分需要进行半月板置换，否则有可能会发展成为骨性关节炎，最终只能选择膝关节置换。
[0003]目前进行半月板置换主要采用同种异体半月板以及人工半月板，其中同种异体半月板是目前应用最为广泛的，但此种置换手术受限于供体来源，且存在一定的免疫源性风险；人工半月板采用的是合成高分子材料，来源广泛，但与实际半月板的性能有较大差异，同样存在问题。此外，上述两类用于置换的半月板均存在生物力学、形态学不能良好适配的问题。同种异体半月板由于来源于其他人的捐献，由于人体膝关节的差异性，很难实现完美的适配。而目前几种人工半月板，胶原半月板移植物和聚氨酯移植物作为组织工程使用，形状标准，一般作为部分修复使用，不具有生物力学适用性，形状适配性也较差；而目前最新的产品具有一定的生物力学仿生结构，且形状一定程度上适配了胫骨平台和股骨髁的形态，是目前较为理想的一种人工半月板替代物，但其也存在一定问题，其材料硬度大，对软骨会有损伤，且其形状采用倒置的“帽”状结构套在股骨髁上，与原生半月板的生物力学特点和膝关节的空间结构存在不适配性。
[0004]因此，有必要研究生物力学高适配的仿生人工半月板、成型系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术通过融合CT、MR的医学影像数据，并充分考虑生物力学的特点，三维重建出人半月板的三维模型，并结合一定数量人半月板三维模型的数据，对半月板模型进行修正和优化，从而使构建的半月板形状不仅能够适配膝关节腔的特殊空间，同时还具有高的耐摩擦耐疲劳性能；在此模型重构过程中，确定一组参数，这些参数能够较为准确的描述人工半月板的形状，有利于工程化的使用和测量；最终通过无缝注射成型技术得到人工半月板，该人工半月板具有优异的形状适配性以及良好的生物力学适配性，同时具有一定的耐磨损耐疲劳性能，在运动医学、半月板修复以及半月板全切除后的置换有巨大的应用前景。
[0006]一方面，本专利技术提供一种生物力学高适配的仿生人工半月板成型方法，所述成型方法包括以下步骤：
[0007]S1：获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据；
[0008]S2：通过膝关节部位骨的医学影像数据对半月板的医学影像数据进行三维重建；
[0009]S3：根据生物力学原则对三维重建后的半月板三维模型进行简化和参数确定，获得数据重构的半月板模型；
[0010]S4：根据S3中数据重构的半月板模型制造人工半月板模具；
[0011]S5：通过S4中的人工半月板模具进行人工半月板的一体化注射成型。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体包括：
[0013]S21：对通过MR获取的半月板的医学影像数据进行数据转化，将医学影像数据转换为第一点数字数据；
[0014]S22：对通过CT获取的膝关节部位骨医学影像数据进行数据转化，将医学影像数据转换为第二点数字数据；
[0015]S23：将第一点数字数据与第二点数字数据的三维模型进行融合，通过观察半月板与膝关节部位骨中胫骨和股骨髁之间的配合性，对半月板的形状进行修正，获取三维重建后的半月板三维模型。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S21和S22中数据转换过程均包括：
[0017]边界点获取：分辨软骨与半月板之间的边界，并对边界处的若干点进行标注和数据转换；
[0018]损伤点获取：对存在半月板损伤的部位进行标注和数据转换。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3具体包括：
[0020]S31：简化过程，对多组三维重建后的半月板三维模型进行数据重组，获得具有所有三维重建后的半月板共同特征点的半月板三维模型；
[0021]S32：参数确定过程，通过生物力学原则对S31中数据重组后的半月板三维模型进行参数确定。
[0022]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S32中参数确定过程具体为：预设与膝关节形状适配的关键参数包括前后角之间的距离为L，半月板弧顶处到前后角连线的距离D，半月板的厚度H，将半月板划分为不同区域的弯曲弧度或半径R
1～n
，半月板与股骨髁接触的斜面弧度r
1～n
，n值的选择根据半月板的模型分析进行调控，半径R
1～n
和斜面弧度r
1～n
中的n值范围为1～20，当n值为1时，半月板等效为一段正圆的弧；当n值大于等于2时，半月板的形状逐渐接近真实半月板。
[0023]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S4具体为：根据S3中三维重构后的半月板模型作为人工半月板的模具标准，通过激光3D打印技术制造人工半月板模具，所述人工半月板模具具有优良的表面光洁度、适合打开闭合的定位点以及漏料保护口。
[0024]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S5具体为：将预先经过加热熔融的均匀原料加入到挤压注射器中，以恒定的压力及速度将原料通过口径1～2mm的出料孔缓慢压入人工半月板模具中，待漏料保护口出有原料漏出表明原料已充满模具，停止原料压入，将模具冷却至室温，开模获得仿生人工半月板。
[0025]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1具体包括：采用CT对膝关节骨组织进行扫描，采用MR对半月板进行扫描，分别获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据。
[0026]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种生物力学高适配的仿生人工半月板，通过所述的成型方法制备，所述仿生人工半月板的材料包括但不限于塑性高分子材料、水凝胶类材料、具有流动性的高分子材料预聚体和可溶性高分子材料。
[0027]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种生物力学高适配的仿生人工半月板成型系统，用于执行所述的成型方法，所述成型系统包括：
[0028]数据获取模块，用于获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据；
[0029]三维重建模块，通过膝关节部位骨的医学影像数据对半月板的医学影像数据进行三维重建；
[0030]模型简化和参数确定模块，根据生物力学原则对三维重建后的半月板三维模型进行简化和参数确定,数据重构半月板模型；
[0031]模具制备模块，根据数据重构后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种生物力学高适配的仿生人工半月板成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：S1：分别获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据；S2：通过膝关节部位骨的医学影像数据对半月板的医学影像数据进行三维重建；S3：根据生物力学原则对三维重建后的半月板三维模型进行简化和参数确定，获得数据重构的半月板模型；S4：根据S3中数据重构的半月板模型制造人工半月板模具；S5：通过S4中的人工半月板模具进行人工半月板的一体化注射成型。2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述S1具体包括：采用CT对膝关节骨组织进行扫描，采用MR对半月板进行扫描，分别获取多组膝关节骨组织和半月板的医学影像数据。3.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于，所述S2具体包括：S21：对通过MR获取的半月板的医学影像数据进行数据转化，将医学影像数据转换为第一点数字数据；S22：对通过CT获取的膝关节部位骨医学影像数据进行数据转化，将医学影像数据转换为第二点数字数据；S23：将第一点数字数据与第二点数字数据的三维模型进行融合，通过观察半月板与膝关节部位骨中胫骨和股骨髁之间的配合性，对半月板的形状进行修正，获取三维重建后的半月板三维模型。4.根据权利要求3所述的成型方法，其特征在于，S21和S22中数据转换过程均包括：边界点获取：分辨软骨与半月板之间的边界，并对边界处的若干点进行标注和数据转换；损伤点获取：对存在半月板损伤的部位进行标注和数据转换。5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于，所述S3具体包括：S31：简化过程，对多组三维重建后的半月板三维模型进行数据重组，获得具有所有三维重建后的半月板共同特征点的半月板三维模型；S32：参数确定过程，通过生物力学原则对S31中数据重组后的半月板三维模型进行参数确定。6.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述S32中参数确定过程具体为：预设与膝关节形状适配的关键参数包括前后角之间的距离为L，半月板弧顶处到前后角连线的距离D，半月板的厚度H，将半...
【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书二页说明书九页附图二页，
申请(专利权)人：天津中杰超润医药科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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