本文關(guān)鍵詞： 股骨轉(zhuǎn)子間骨折 髓內(nèi)釘 愈合過程 數(shù)值模擬 電測實驗　出處：《天津醫(yī)科大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目的:本課題綜合采用醫(yī)學(xué)圖像軟件Mimics、逆向工程軟件Geomagic Studio以及三維實體建模軟件Solidworks中建立有效的髓內(nèi)釘固定后的股骨轉(zhuǎn)子間骨折三維實體模型和有限元模型,通過大型三維有限元分析軟件ANSYS,對模型進行計算,獲得髓內(nèi)釘骨折模型在愈合過程中應(yīng)力場、位移場;分析骨折愈合后髓內(nèi)釘拆除后股骨應(yīng)力分布的特征,并與人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折電測實驗進行數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,為臨床應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)及指導(dǎo)意見。方法:首先采用3D打印與精密鑄造的方法制備高精度的人工股骨模型,并保證該股骨的材料特性與人體股骨最大程度的接近,用石膏等固定裝置將髓內(nèi)釘裝進股骨模型后,取出髓內(nèi)釘,然后制造股骨轉(zhuǎn)子間骨折,再然后把髓內(nèi)釘與人工股骨進行裝配,在相應(yīng)的位置貼應(yīng)變片,應(yīng)變片與靜動態(tài)電阻應(yīng)變測試分析系統(tǒng)進行連接,然后在WDW—10微機控制電子萬能試驗上進行加載,即進行人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折電測實驗,記錄實驗數(shù)據(jù),整理分析數(shù)據(jù),做出載荷—微應(yīng)變數(shù)據(jù)圖;其次,把人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折實驗?zāi)Ｐ蛼呙璩蒀T數(shù)據(jù),使用Mimics、Geomagic Studio、Solidworks軟件把掃描的CT數(shù)據(jù)建立成完整股骨三維實體模型,根據(jù)髓內(nèi)釘參數(shù)用Solidworks建立主釘、近端鎖釘、遠(yuǎn)端鎖釘?shù)娜S實體模型,并將股骨三維實體模型與髓內(nèi)釘三維實體模型進行裝配,即將該人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型制備成3D有限元模型,另存為X_T格式文件,然后將此X_T格式文件導(dǎo)入ANSYS中,進行布爾運算,創(chuàng)建骨折片,賦予變化的材料參數(shù),模擬骨折的愈合過程,建立完整人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維有限元模型,依次進行編號,在設(shè)定單元屬性、邊界條件、材料屬性、劃分網(wǎng)格,按在骨折愈合過程中600N正常人緩慢行走雙足著地時模擬髖關(guān)節(jié)所承受的最大峰值數(shù)值,并且進行加載和求解,分析獲得的骨髓內(nèi)釘模型的應(yīng)力及應(yīng)力分布特征、骨折線處的應(yīng)力變化、斷端間隙變化特征等,整理出貼應(yīng)變片位置的應(yīng)變數(shù)據(jù),并與實驗數(shù)據(jù)進行對比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律;另外主要通過對骨折片賦予不同的彈性模量來模擬愈合階段對人體股骨的生物力學(xué)影響,并通過用ANSYS單元生死功能來模擬撤釘后股骨的應(yīng)力分布規(guī)律,獲得人工股骨的應(yīng)力和應(yīng)變變化規(guī)律。結(jié)果:(1)對數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果的比較顯示,數(shù)值模擬結(jié)果欲與實驗結(jié)果符合較好。(2)導(dǎo)致數(shù)值模擬與實驗數(shù)據(jù)有誤差的原因可能是通過三維重建獲得的股骨實體模型有人為操作的原因,與實驗的股骨模型有一些差別,此外數(shù)值模擬和實驗的邊界條件可能也有一些差別。(3)完成了模擬股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折的愈合過程,并與實驗結(jié)果進行了對比和分析,獲得了愈合過程測點位置應(yīng)變片的應(yīng)變規(guī)律。結(jié)論:(1)制作了人工股骨轉(zhuǎn)子間骨折實體模型,模型包括,一個骨折片,一個骨折近端模型和一個骨折遠(yuǎn)端模型,以髓內(nèi)釘固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折模型,并在該模型上選取10個參考點貼應(yīng)變片,進行了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型在生理載荷作用下的電測實驗,測得人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維實體模型的各部位的應(yīng)變數(shù)據(jù),得到了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折10個測點的分布規(guī)律。(2)根據(jù)人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折實體模型的CT掃描數(shù)據(jù),利用三維造型軟件Mimics完成了初期的點云處理,應(yīng)用逆向工程軟件Geomagic studio以及Solidworks軟件,成功的構(gòu)建出了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維實體模型。(3)在ANSYS數(shù)值模擬軟件中進行了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型在生理載荷作用下的數(shù)值模擬分析,主要分析對位移場和應(yīng)力場的影響。對骨折片賦予不同的彈性模量模擬愈合過程,研究了骨折片愈合過程對人工股骨髓內(nèi)釘粗隆間骨折模型在生理荷載荷作用下的位移場和應(yīng)力場的影響,數(shù)值模擬結(jié)果顯示實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。(4)對數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比分析,論證了實驗方法與數(shù)值模擬方法的正確性,為下一步進行臨床髓內(nèi)釘固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)及指導(dǎo)意見。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R683.4

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 范洪輝;李冬松;周振平;關(guān)繼奎;劉建國;;不同骨質(zhì)密度下生物型及骨水泥型股骨假體置入后的三維有限元分析[J];中國骨與關(guān)節(jié)損傷雜志;2007年06期

2 姜華亮;華錦明;許新忠;牛文鑫;丁祖泉;;正常人膝關(guān)節(jié)三維有限元模型的建立[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版);2008年03期

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本文編號：1533015