股骨—假體系統(tǒng)中不同物理參數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)療技術的革命。而病變、事故等原因導致髖關節(jié)功能喪失，給患者帶來了很大的不便。人工關節(jié)特別是人工髖關節(jié)置換術是一種能即刻緩解、消除關節(jié)疼痛，提高患者生活質量的成功手術。因此工學和醫(yī)學界都十分重視人工股骨(特別是髖關節(jié))的研究，此項技術對生物醫(yī)學工程具有重要意義。在全髖關節(jié)置換術中，定制型人工股骨假體由于實現(xiàn)了與骨髓腔的最佳匹配，因此能更好地適應人體內部的生物力學環(huán)境，消除對股骨正常應力的破壞，減少應力遮

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構材料的復雜性，在實際研究應用中，至今仍缺乏假體植入股骨髓腔后假體的物理參數對股骨重建影響的有效數據。 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字化股骨一假體系統(tǒng)模型，結合自主研發(fā)的骨重建自適應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置假體植入股骨髓腔后，假體的結構形態(tài)、材料屬性、幾

3、何尺寸和接觸形式對骨組織應力大小以及骨細胞生長和重建情況的影響，從而可以在髖關節(jié)置換手術前仿真評估植入假體的設計參數的變化對股骨重建的影響，為定制型股骨假體的設計提供準確的幾何參數和力學依據。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： ①根據患者股骨的CT圖像數據提取股骨的內外輪廓線，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、過三種不同的設計方法設計參數相異的植入假體，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。 ③基于骨重建理論的研究成果，研究髖關節(jié)內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與力學激勵之間的關系。 ④通過VC++自主開發(fā)骨重建自適應程序，把假體的物理參數對骨重建的影響進行定量的程序化計算，并導入有限元軟件ANSYS中，進行仿真模擬。