股骨—假體系統(tǒng)中不同物理參數(shù)假體對骨重建的影響分析.pdf

1、生物醫(yī)學工程的迅速發(fā)展，帶來了人類醫(yī)療技術(shù)的革命。而病變、事故等原因?qū)е麦y關(guān)節(jié)功能喪失，給患者帶來了很大的不便。人工關(guān)節(jié)特別是人工髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是一種能即刻緩解、消除關(guān)節(jié)疼痛，提高患者生活質(zhì)量的成功手術(shù)。因此工學和醫(yī)學界都十分重視人工股骨(特別是髖關(guān)節(jié))的研究，此項技術(shù)對生物醫(yī)學工程具有重要意義。在全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，定制型人工股骨假體由于實現(xiàn)了與骨髓腔的最佳匹配，因此能更好地適應(yīng)人體內(nèi)部的生物力學環(huán)境，消除對股骨正常應(yīng)力的破壞，減少應(yīng)力遮

2、擋，從而延長了股骨假體的使用壽命。但由于股骨幾何形態(tài)的多樣性以及股骨結(jié)構(gòu)材料的復(fù)雜性，在實際研究應(yīng)用中，至今仍缺乏假體植入股骨髓腔后假體的物理參數(shù)對股骨重建影響的有效數(shù)據(jù)。 本課題來源于高等學校博士學科點專項科研基金項目(20060611014)。研究的目的是通過建立數(shù)字化股骨一假體系統(tǒng)模型，結(jié)合自主研發(fā)的骨重建自適應(yīng)程序通過有限元軟件ANSYS進行有限元分析，在計算機中模擬了內(nèi)置假體植入股骨髓腔后，假體的結(jié)構(gòu)形態(tài)、材料屬性、幾

3、何尺寸和接觸形式對骨組織應(yīng)力大小以及骨細胞生長和重建情況的影響，從而可以在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)前仿真評估植入假體的設(shè)計參數(shù)的變化對股骨重建的影響，為定制型股骨假體的設(shè)計提供準確的幾何參數(shù)和力學依據(jù)。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： ①根據(jù)患者股骨的CT圖像數(shù)據(jù)提取股骨的內(nèi)外輪廓線，并在CAD軟件中進行封閉光順處理，采用由大面合并剪切生成端面消減小面的方法，優(yōu)化反求了股骨三維實體模型，使模型更加逼近真實股骨。 ②通

4、過三種不同的設(shè)計方法設(shè)計參數(shù)相異的植入假體，并通過在CAD軟件Pro/E中虛擬裝配，建立股骨一假體系統(tǒng)的三維實體模型，為下一步的分析運算打下了良好的基礎(chǔ)。 ③基于骨重建理論的研究成果，研究髖關(guān)節(jié)內(nèi)置假體植入股骨髓腔后，在正常的生理力作用下，股骨單元重建自適應(yīng)與力學激勵之間的關(guān)系。 ④通過VC++自主開發(fā)骨重建自適應(yīng)程序，把假體的物理參數(shù)對骨重建的影響進行定量的程序化計算，并導(dǎo)入有限元軟件ANSYS中，進行仿真模擬。