【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，特别是涉及一种外固定支架表面多孔结构设计方法。
技术介绍
1、骨折是日常生活中常见的损伤，在骨折后，患者通常需要接受相应的固定措施，以保证受损骨骼的康复，常用的固定措施包括外固定支架。目前外固定支架上的透气孔构建技术无法结合患者的受力要求，以理论分析作为设计依据，因此不仅会导致患者穿戴不适，而且会降低外固定支架强度，减少支架使用寿命。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对目前的外固定支架存在的穿戴不适、强度较低以及寿命较短的问题，提供一种能保证外固定支架穿戴舒适、强度较高及寿命较长的外固定支架表面多孔结构设计方法。
2、一种外固定支架表面多孔结构设计方法，包括：
3、s10建立外固定支架、钢钉及自体骨的有限元模型，其中所述有限元模型对应的固定支架、钢钉及自体骨的几何模型包括骨折近端、骨折远端、支架近端、支架远端以及多个钢钉，所述支架近端套设于所述骨折近端，所述支架远端套设于所述骨折远端，所述支架近端和所述支架远端固定连接，所述支架近端通过多个所述钢钉与所述骨折近端固定连接，所述支架远端通过其余的所述钢钉与所述骨折远端固定连接；
4、s20模拟真实受力情况对所述有限元模型进行仿真分析；
5、s30根据仿真分析的结果对外固定支架进行拓扑优化；
6、s40根据拓扑优化结果对外固定支架进行表面多孔设计。
7、在其中一个实施例中，在所述步骤s30中，拓扑优化的区域包括外固定支架；拓扑优化过程的响应
8、在其中一个实施例中，在所述步骤s40中，外固定支架的主承重区域作为固位区域，外固定支架的其余区域作为优化区域，多孔设计的范围包括优化区域。
9、在其中一个实施例中，在所述步骤s20中，向自体骨的顶端施加均布载荷，约束自体骨的底面。
10、在其中一个实施例中，在所述步骤s20中，向自体骨的顶端施加400n-600n的均布载荷。
11、在其中一个实施例中，在所述步骤s20中，向自体骨的底面施加六自由度全约束。
12、在其中一个实施例中，所述步骤s10包括：s11建立外固定支架、钢钉及自体骨的几何模型；s12设置外固定支架及钢钉的材料属性；s13对所述几何模型进行有限元网格划分。
13、在其中一个实施例中，外固定支架的材质包括尼龙，钢钉的材质包括tc4医用钛合金。
14、在其中一个实施例中，设置尼龙材质的外固定支架的弹性模量介于1.5×109pa-2.0×109pa之间，泊松比介于0.3-0.4之间，屈服强度介于1.0×108pa-1.2×108pa；设置tc4医用钛合金材质的钢钉的弹性模量介于1.0×1011pa-1.2×1011pa之间，泊松比介于0.3-0.4之间，屈服强度介于8.0×108pa-9.0×108pa之间。
15、在其中一个实施例中，所述几何模型包括骨折近端、骨折远端、支架近端、支架远端以及多个钢钉，所述支架近端套设于所述骨折近端，所述支架远端套设于所述骨折远端，所述支架近端和所述骨折远端固定连接，所述支架近端通过多个所述钢钉与所述骨折近端固定连接，所述支架远端通过其余的所述钢钉与所述骨折远端固定连接。
16、在其中一个实施例中，所述步骤s40之后还包括：s50通过3d打印的方式加工多孔设计后的外固定支架。
17、上述外固定支架表面多孔结构设计方法，以力学有限元分析为理论基础，通过拓扑优化进行表面多孔结构的构建，从而保证外固定支架的体积最小，改善了外固定支架的透气性和轻便性，不仅能使患者在康复过程中的穿戴更加舒适，而且可以在保证支架结构强度的基础上最大可能的节省材料，降低成本。
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1.一种外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S30中，拓扑优化的区域包括外固定支架；拓扑优化过程的响应包括：整体力学模型应变能SE、外固定支架的最大等效应力S1Max、钢针的最大等效应力S2Max以及外固定支架的体积V；拓扑优化过程的目标包括优化后整体力学模型的应变能SE最小；拓扑优化过程的约束包括：外固定支架的最大等效应力S1Max小于外固定支架的屈服强度，以及钢针的最大等效应力S2Max小于钢针的屈服强度；拓扑优化过程的几何约束包括对外固定支架的关键位置进行几何冻结。
3.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S40中，外固定支架的主承重区域作为固位区域，外固定支架的其余区域作为优化区域，多孔设计的范围包括优化区域。
4.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S20中，向自体骨的顶端施加均布载荷，约束自体骨的底面。
5.根据权利要求4所述的外固定支架表面多孔结构设计
6.根据权利要求4所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S20中，向自体骨的顶端施加400N-600N的均布载荷。
7.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，所述步骤S10包括：S11建立外固定支架、钢钉及自体骨的几何模型；S12设置外固定支架及钢钉的材料属性；S13对所述几何模型进行有限元网格划分。
8.根据权利要求7所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，外固定支架的材质包括尼龙，钢钉的材质包括TC4医用钛合金。
9.根据权利要求8所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，设置尼龙材质的外固定支架的弹性模量介于1.5×109Pa-2.0×109Pa之间，泊松比介于0.3-0.4之间，屈服强度介于1.0×108Pa-1.2×108Pa；设置TC4医用钛合金材质的钢钉的弹性模量介于1.0×1011Pa-1.2×1011Pa之间，泊松比介于0.3-0.4之间，屈服强度介于8.0×108Pa-9.0×108Pa之间。
10.根据权利要求1-9任一项所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，所述步骤S40之后还包括：S50通过3D打印的方式加工多孔设计后的外固定支架。
...【技术特征摘要】
1.一种外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤s30中，拓扑优化的区域包括外固定支架；拓扑优化过程的响应包括：整体力学模型应变能se、外固定支架的最大等效应力s1max、钢针的最大等效应力s2max以及外固定支架的体积v；拓扑优化过程的目标包括优化后整体力学模型的应变能se最小；拓扑优化过程的约束包括：外固定支架的最大等效应力s1max小于外固定支架的屈服强度，以及钢针的最大等效应力s2max小于钢针的屈服强度；拓扑优化过程的几何约束包括对外固定支架的关键位置进行几何冻结。
3.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤s40中，外固定支架的主承重区域作为固位区域，外固定支架的其余区域作为优化区域，多孔设计的范围包括优化区域。
4.根据权利要求1所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤s20中，向自体骨的顶端施加均布载荷，约束自体骨的底面。
5.根据权利要求4所述的外固定支架表面多孔结构设计方法，其特征在于，在所述步骤s20中，向自体骨的底面施加六自由度全约束。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄琛，李超宁，
申请(专利权)人：武汉联影智融医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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