【摘要】：在全髖關節(jié)置換術中,定制型人工股骨假體可以提高與骨髓腔的匹配度,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,減少應力遮擋,提高股骨假體的使用壽命。但由于股骨結構的多樣性以及復雜性,在實際的定制假體研究應用中,至今仍缺乏有效的手段來精確地獲取每個患者股骨的幾何參數及力學特性。本論文針對這個問題,提出了一套新的研究思路及方法:首先基于計算機輔助CAD、CAE以及數字圖像處理技術,利用計算機斷層成像CT數據中所包含的信息,實現股骨三維幾何形態(tài)的重建及力學特性的仿真,然后在此基礎上對股骨進行較為系統(tǒng)的試驗研究。研究工作具體包含以下幾個方面: (1)突破傳統(tǒng)的由掃描儀掃描CT平片到PC機中實現CT圖像數字化的方法,利用醫(yī)學數字圖像通訊標準DICOM3.0, 建立螺旋CT掃描機與PC機聯(lián)網通訊,直接把股骨CT圖像文件通過網絡的方式完整地傳輸到PC機,實現數據的精確傳輸,并且在PC機上重現醫(yī)學CT圖像,為建立股骨高質量的計算機三維模型提供了完整的圖像數據。而且這種實現DICOM通訊的設計思想和方式,也為最終實現遠程定制型股骨假體設計應用提供了基礎。 (2) 通過圖像處理技術,在計算機上對CT數字圖像進行輪廓識別和矢量化處理,準確地生成股骨特征結構輪廓。利用CAD建模軟件Unigraphics根據B樣條蒙皮法的思想 ,由斷面輪廓線構造股骨表面B曲面,當股骨表面滿足拓撲一致性即表面完全封閉時,完成股骨三維實體的真實重建,獲得了股骨真實的三維幾何參數。在重建過程中,本文很好地解決了輪廓線定位、樣條化光順、曲面分型等難題,保證了三維模型的精確度。 (3) 股骨是膠原纖維增強的復合材料,主要由皮質骨和松質骨構成并呈非均勻分布,而皮質骨和松質骨均屬各向異性材料。由于股骨材料的這種復雜性,長期以來其通常被簡化為均質且各向同性材料,這樣就難以保證設計出來的假體適應人體內部的生物力學環(huán)境,從而減少應力遮擋。為了真實模擬股骨的這種非均勻性和各向異性,本文利用股骨CT掃描數據和表觀密度以及各正交方向上彈性模量之間的關系,自主開發(fā)計算程序,建立了與股骨表觀密度分布及載荷方向相關的力學模型。通過在I-DEAS中計算分析以及后面的實驗研究,該方法模擬的生物力學性能與實驗結果接近。 (4) 通過對股骨整骨的力學實驗研究,不僅獲得了股骨自然生理狀態(tài)下的應變分布規(guī)律及各向異性的生物力學特性,而且也為前面的有限元仿真計算結果提供真實的實驗數據對比,檢驗并改善前期的建模及有限元分析工作,同時也為新 WP=5 型人工關節(jié)的設計研制和人工關節(jié)的臨床應用提供了準確的生物力學參數。 通過研究準確地獲得了股骨三維幾何參數及生物力學參數,從而為定制型股骨假體研究打下了基礎,為更精確測定股骨在生理載荷下的應力應變與植入假體后的響應,實現人工股骨假體的優(yōu)化設計創(chuàng)造了很好的條件。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：R318.01
【圖文】：

髖關節(jié)Figure1.1Hip-Joint

2圖 1.2 全髖關節(jié)置換術Figure1.2 Total Hip Replacement外應用研究現狀年代，國外一些生產人工髖假體的公司，建成了柔性加工生產線，由定各部分（柄頸、球頭、髖臼等）的尺寸，然后按要求加工假體，這

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 袁梅娟;徐銘恩;胡金夫;楊敏;;基于股骨三維重建及計算機輔助低溫沉積制造研究[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2012年03期

相關博士學位論文 前2條

1 劉文廣;套接式翻修假體設計、初步應用及三維有限元優(yōu)化[D];山東大學;2008年

2 姜海波;人體下肢關節(jié)系統(tǒng)的生物力學行為研究[D];中國礦業(yè)大學;2008年

相關碩士學位論文 前7條

1 王偉兵;股骨和應力調控型帶鎖髓內釘的有限元分析[D];鄭州大學;2010年

2 陳希瑞;股骨自適應再造仿真研究[D];重慶大學;2006年

3 許金棟;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[D];重慶大學;2007年

4 周峰;個性化髖關節(jié)假體耦合系統(tǒng)優(yōu)化新設計方法研究[D];重慶大學;2010年

5 袁梅娟;股骨三維非均質建模及生物力學有限元分析研究[D];杭州電子科技大學;2012年

6 任偉;基于人體腰椎有限元分析的乘坐舒適性研究[D];東北大學;2010年

7 劉艷;手槍彈對骨骼復合靶標侵徹作用的數值模擬及力學響應研究[D];南京理工大學;2013年

本文編號：2738297