一种基于静力分析的接骨板外形优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109214067A(43)申请公布日2019.01.15(21)申请号201810929488.4(22)申请日2018.08.15(71)申请人常州工程职业技术学院地址213164江苏省常州市武进区滆湖中路33号(72)发明人陈小中(74)专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人高桂珍(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种基于静力分析的接骨板外形优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于静力分析的接骨板外形优化方法，其步骤为：1)导入个体骨折复位模型，创建个体骨骼近似曲面模型，获取贴合面曲面，拉伸生成接骨板实体模型；定义骨骼、接骨板和螺钉材质属性，建立边界条件，施加静力负荷，构建接骨板固定系统有限元分析模型；2)截取接骨板的贴合面轮廓，定义贴合面截面曲线外形参数；定义骨折部位接骨板厚度特征参数；建立贴合面外形参数约束和厚度参数约束，构建接骨板参数化模型；3)定义接骨板切向偏移和米塞斯应力优化目标函数，利用权重系数构建接骨板综合优化目标函数；计算目标函数初始值，采用移动渐近线(MMA)和梯度投影(GP)相结合策略求解最小目标函数值，优化接骨板外形参数。CN109214067ACN109214067A权利要求书1/1页1.一种基于静力分析的接骨板外形优化方法，其特征在于：包括如下步骤：1)、创建接骨板固定系统有限元分析模型：1-a)导入个体骨折预先复位模型，创建个体骨骼近似曲面模型，采用闭合轮廓截取方式，获取贴合面曲面，拉伸生成接骨板实体模型；1-b)定义骨骼、接骨板和螺钉材质属性，建立边界条件，施加静力负荷，创建接骨板固定系统有限元分析模型；2)构建接骨板参数化模型：2-a)截取接骨板冠状面的贴合面轮廓曲线，采用圆弧拟合方式定义贴合面外形参数；2-b)定义个体骨折部位接骨板厚度特征参数；2-c)建立贴合面外形参数约束和厚度参数约束，构建接骨板参数化模型；3)优化接骨板外形参数：3-a)基于接骨板参数定义切向偏移和米塞斯应力优化目标函数，定义权重系数，构建接骨板综合优化目标函数；3-b)计算目标函数初始值，采用移动渐近线(MMA)和梯度投影(GP)相结合策略求解最小目标函数值，优化接骨板外形参数。2.根据权利要求1所述的一种基于静力分析的接骨板外形优化方法，其特征在于：所述步骤1-a)中，个体骨骼近似曲面模型是指基于个体受损股骨解剖特征参数和统计模板约束生成的统计曲面模型，用以描述个体股骨整体解剖外形特征；闭合轮廓是指依据股骨骨折特征信息和手术要求在近似曲面模型外侧曲面绘制封闭曲线；接骨板拉伸是指将贴合面曲面向股骨外侧拉伸；所述步骤1-b)中，骨骼材质包括皮质骨和松质骨两部分，且均为均匀和同向性材质；边界条件是指接骨板与螺钉、螺钉与皮质骨、螺钉与松质骨、松质骨与皮质骨之间均为接触关系；静力负荷是指正常站立状态下股骨轴向压力，固定股骨髁部，阻止装配模型刚性体旋转。3.根据权利要求1所述的一种基于静力分析的接骨板外形优化方法，其特征在于：所述步骤2-a)中，贴合面轮廓是指骨折位中心及其上下两端所对应的贴合面水平方向切割线；贴合面外形特征参数包括切割线拟合半径，以及冠状面前、后侧拟合角度；所述步骤2-b)中，接骨板厚度特征参数是指骨折位中心及其上下两端所对应的接骨板厚度；所述步骤2-c)中，贴合面外形参数约束是指截面轮廓前侧宽度大于后侧，厚度参数约束是指接骨板上端宽度小于下端宽度。4.根据权利要求1所述的一种基于静力分析的接骨板外形优化方法，其特征在于：所述步骤3-a)中，切向偏移是指静力负荷下接骨板相对原有位置的偏移值；米塞斯应力是指接骨板对应骨折位应力值；权重系数为负荷目标函数中各目标函数系数，均为正值，系数和为1；所述步骤3-b)中，求解最小化目标函数优化方法是指采用向前有限差分法求解敏感导数、移动渐近线(MMA)法优化振荡，在此基础上采用梯度投影(GP)法递归优化直至收敛。2CN109214067A说明书1/4页一种基于静力分析的接骨板外形优化方法技术领域[0001]本发明涉及一种接骨板优化方法，更具体地说，涉及一种基于静力分析的接骨板外形优化方法。背景技术[0002]随着接骨板在人体骨骼骨折手术固定领域广泛应用，骨科创伤临床治疗中感染、接骨板断裂、接骨板移除后二次骨折以及骨质疏松等问题时有发生。人体股骨所处生物力学环境原本非常复杂，当接骨板植入后，股骨原有正常负荷由股骨和接骨板共同承担，直接改变股骨局部骨折区域骨骼生长生物力学环境，极易诱发骨折块移位以及骨折固定失败等手术治疗问题。[0003]生物力学性能作为接骨板产品优劣的重要评估指标，其特征外形设计已成为接骨板力学性能