基于反求工程的人工骨三維重建研究.pdf

1、目前，人工關(guān)節(jié)主要是按標(biāo)準(zhǔn)系列生產(chǎn)，但由于患者關(guān)節(jié)存在外形、尺寸等各種各樣的差異，人工關(guān)節(jié)假體與骨骼不能形成緊密的匹配，從而使負(fù)荷傳遞、應(yīng)力分布偏離正常水平，易導(dǎo)致術(shù)后并發(fā)癥，降低人工關(guān)節(jié)的使用壽命。因此，精確獲取病患骨的相關(guān)幾何參數(shù)，設(shè)計并制造個性化的人工關(guān)節(jié)對提高患者假體與骨的匹配程度，從而提高人工關(guān)節(jié)使用壽命具有十分重要的意義。
　　首先，本工作以人體下肢的CT切片為原始數(shù)據(jù)，利用反求工程技術(shù)對人體下肢的骨骼進(jìn)行三維重構(gòu)，實

2、現(xiàn)由二維圖像向三維立體圖形的轉(zhuǎn)化。三維重建過程中，通過圖像處理，以及NURBS曲面的擬合生成了三維實體模型。并且將所獲得的實體模型與所獲得的初始點(diǎn)云進(jìn)行了對比，確保了模型的精度。將所獲得的CAD模型以STL格式輸出，可以輸入到快速原型機(jī)加工出骨骼實體。完成了CAD/CAM的接口的建立，實現(xiàn)人工骨骼由設(shè)計到制造的一體化。為個性化人工關(guān)節(jié)的設(shè)計和制造提供模型基礎(chǔ)及幾何設(shè)計依據(jù)，為其能在臨床上得以應(yīng)用提供科學(xué)理論依據(jù)并奠定堅實的基礎(chǔ)。

3、　　其次，髖關(guān)節(jié)是人體所受載荷最大的關(guān)節(jié)之一，而在髖關(guān)節(jié)中股骨起著最重要的作用。本工作將三維重構(gòu)獲得的股骨實體模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分并進(jìn)行仿真分析。將與股骨相連接的肌肉對股骨的作用力進(jìn)行了合并與簡化，股骨本身的材料也簡化為分布均勻且各向同性的材料。研究了人體站立及行走兩種情況下，股骨的應(yīng)力應(yīng)變。仿真結(jié)果顯示，應(yīng)力集中部分主要是股骨干的中下端部位。在站立時，股骨內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力為20.8MPa，而股骨的外側(cè)所受的拉應(yīng)力為18.5Mpa。在行走時