本發(fā)明涉及骨植入，具體涉及骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、面對長骨因創(chuàng)傷、骨髓炎、先天性假關(guān)節(jié)形成及惡性骨腫瘤切除等復(fù)雜原因造成的大量骨質(zhì)缺失，大段骨缺損的修復(fù)與治療構(gòu)成了骨科領(lǐng)域的一項重大挑戰(zhàn)。此類缺損不僅影響患者的肢體功能與生活質(zhì)量，還伴隨著高風(fēng)險的術(shù)后并發(fā)癥，包括但不限于接骨裝置失效(如斷裂)、假體周圍骨折、松動與斷裂、骨吸收不良及骨整合障礙等，處理不當極易導(dǎo)致患者殘疾或畸形，嚴重降低其生活質(zhì)量。

2、當前，盡管醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷進步，但關(guān)于骨缺損修復(fù)植入體(如人工骨、骨替代材料)術(shù)前適應(yīng)性的系統(tǒng)評價機制仍顯薄弱，特別是缺乏從人體整體運動功能(如行走步態(tài)、日?；顒幽Ｊ?角度出發(fā)，對植入體在個體內(nèi)環(huán)境中適應(yīng)性和可靠性的深入研究。

3、這種評估的缺失，直接限制了醫(yī)生對植入物效果的精準預(yù)測能力，難以有效規(guī)避術(shù)后風(fēng)險，降低并發(fā)癥發(fā)生率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法及系統(tǒng)，用于解決上述技術(shù)問題。

2、第一方面，提供了骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法，包括：

3、構(gòu)建包含人體肌骨系統(tǒng)生物力學(xué)模型和骨缺損修復(fù)植入體的三維數(shù)字模型；

4、通過有限元分析方法，仿真計算不同步態(tài)與運動模式下骨缺損修復(fù)植入體的受力情況，以模擬植入體實際服役過程中的受力情況；

5、仿真計算植入體在模擬受力下的應(yīng)力分布、變形情況及疲勞壽命，并調(diào)整植入體的設(shè)計參數(shù)，直至滿足預(yù)設(shè)標準。

6、進一步的，所述三維數(shù)字模型的構(gòu)建包括：

7、采集骨缺損部位的實際尺寸、缺損部位所在骨的完整尺寸及植入體的尺寸數(shù)據(jù)和材料屬性；

8、使用三維建模軟件根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合骨缺損的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，構(gòu)建植入體與周圍骨組織相互作用的三維模型。

9、進一步的，所述受力模擬包括：

10、根據(jù)人體肌骨系統(tǒng)運動學(xué)與逆動力學(xué)仿真計算結(jié)果，確定骨缺損部位的實際受力情況，設(shè)置合理的邊界條件和加載條件；

11、模擬植入體在靜態(tài)和動態(tài)載荷下的受力情況，包括不同步態(tài)和運動模式。

12、進一步的，所述評估植入體的生物力學(xué)性能包括：

13、分析植入體與周圍骨組織的界面結(jié)合強度；

14、評估植入體在長期使用過程中的應(yīng)力分布、變形情況、疲勞壽命、穩(wěn)定性及耐久性。

15、第二方面，提供了骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，包括：

16、三維建模模塊，用于構(gòu)建人體肌骨系統(tǒng)和植入體的三維數(shù)字模型；

17、有限元分析模塊，用于對所述三維數(shù)字模型進行力學(xué)加載模擬；

18、性能評估模塊，用于評估植入體在模擬受力下的生物力學(xué)性能；

19、優(yōu)化設(shè)計模塊，用于根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整植入體的設(shè)計參數(shù)。

20、進一步的，所述三維建模模塊包括：

21、數(shù)據(jù)采集單元，用于采集骨缺損部位的實際尺寸、缺損部位所在骨的完整尺寸及植入體的尺寸數(shù)據(jù)和材料屬性；

22、建模單元，用于根據(jù)采集的數(shù)據(jù)構(gòu)建人體肌骨系統(tǒng)生物力學(xué)模型和骨缺損修復(fù)植入體的三維數(shù)字模型。

23、進一步的，所述有限元分析模塊包括：

24、邊界條件設(shè)置單元，用于設(shè)置合理的邊界條件和加載條件；

25、力學(xué)加載模擬單元，用于模擬植入體在靜態(tài)和動態(tài)載荷下的受力情況。

26、進一步的，所述性能評估模塊包括：

27、界面結(jié)合強度評估單元，用于分析植入體與周圍骨組織的界面結(jié)合強度；

28、穩(wěn)定性評估單元，用于評估植入體在長期使用過程中的穩(wěn)定性；

29、耐久性評估單元，用于評估植入體在長期使用過程中的耐久性。

30、進一步的，所述優(yōu)化設(shè)計模塊包括：

31、設(shè)計參數(shù)調(diào)整單元，用于根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整植入體的設(shè)計參數(shù)；

32、優(yōu)化結(jié)果驗證單元，用于驗證優(yōu)化后的植入體是否滿足預(yù)設(shè)的生物力學(xué)性能標準。

33、采用上述技術(shù)方案的發(fā)明，具有如下優(yōu)點：

34、本發(fā)明通過將動力學(xué)計算、骨再生過程模擬、納米計算機斷層掃描圖像三維重建及結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，建立一套骨修復(fù)植入體生物力學(xué)適應(yīng)性評價機制，設(shè)計一套集系統(tǒng)動力學(xué)計算與骨愈合過程分析的綜合性評價系統(tǒng)。模擬骨修復(fù)再生過程及作用力變化歷程，揭示力學(xué)刺激對骨再生的作用，實現(xiàn)植入體的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性及服役壽命的綜合評價。

技術(shù)特征：

1.骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法，其特征在于，所述三維數(shù)字模型的構(gòu)建包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法，其特征在于，所述受力模擬包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法，其特征在于，所述評估植入體的生物力學(xué)性能包括：

5.骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，其特征在于，所述三維建模模塊包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，其特征在于，所述有限元分析模塊包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，其特征在于，所述性能評估模塊包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化設(shè)計模塊包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及骨植入技術(shù)領(lǐng)域，公開了骨缺損修復(fù)植入體生物力學(xué)評價方法及系統(tǒng)，包括構(gòu)建人體肌骨系統(tǒng)生物力學(xué)模型和骨缺損修復(fù)植入體的三維數(shù)字模型；通過有限元分析方法，計算不同步態(tài)與運動模式下骨缺損修復(fù)植入體的受力情況，模擬植入體實際服役過程中的受力情況；計算植入體在模擬受力下的性能，并調(diào)整植入體的設(shè)計參數(shù)。通過將動力學(xué)計算、骨再生過程模擬、納米計算機斷層掃描圖像三維重建及結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，建立骨修復(fù)植入體生物力學(xué)適應(yīng)性評價機制，設(shè)計集系統(tǒng)動力學(xué)計算與骨愈合過程分析的綜合性評價系統(tǒng)。模擬骨修復(fù)再生過程及作用力變化歷程，揭示力學(xué)刺激對骨再生的作用，實現(xiàn)植入體的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性及服役壽命的綜合評價。

技術(shù)研發(fā)人員：劉玉璽,熊成建,謝冬娜
受保護的技術(shù)使用者：重慶電子科技職業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30