本文關鍵詞：人工椎體非融合技術的實現及其有限元分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目的:(1)在框架式人工椎體的基礎上,通過對其結構進行改進,實現脊柱功能單位的萬向運動、減震功能,即實現人工椎體的非融合技術。(2)通過逆向工程技術,應用計算機軟件建立非融合技術人工椎體置換的三維有限元模型,并進行有限元力學分析,檢測非融合技術人工椎體的生物力學合理性。方法:(1)采集成年健康志愿者腰椎負重及非負重位X線片,在側位X線片上測量腰椎間盤的高度,以及椎體節(jié)段的高度、椎體的前后徑;在正位X線片上測量椎體橫徑。依據測量所得數據,對既往的框架式人工椎體進行空間結構的設計改進。經過反復改進及測試,最終選擇60~80邵氏硬度的硅膠作為人工椎間盤的替代物,來實現脊柱功能單位的萬向運動、減震功能,并把硅膠間盤與上下托板、立柱的連接方式設計為“鑲嵌式”。根據椎體大小的不同,將間盤、立柱、托板設計為大小不同的規(guī)格。(2)采集成年健康志愿者胸腰段椎體CT圖像數據。將采集所得的CT圖像數據以DICOM格式,直接導入Mimics軟件。應用Mimics軟件強大的圖像處理功能,對椎體組織進行提取,通過填充、去除噪點對胸11、胸12及腰1椎體進行處理,然后計算其相應的三維模型,在Mimics中對三維模型優(yōu)化后,以point cloud模式保存為“*.txt”格式。然后將其導入Geomagic Studio軟件,進行模型成體處理。首先,在點云階段進行處理,通過去除無關點、噪音,以及統(tǒng)一采樣處理,然后進行封裝,即利用三角形面片將點云連接起來。其次,在多邊形階段用網格醫(yī)生刪除高度折射邊、自相交邊、非流行邊等,利用填充功能將模型填充好,利用松弛和砂紙兩個功能對模型進行簡化處理后,再對模型進行曲面化處理,生成NURBS屈面,并通過松弛屈面片和編輯曲面片,將三維模型進一步優(yōu)化。最后,通過擬合操作生成椎體的三維實體模型,以IGES格式導出并保存。在Proe/Engineer軟件中,對生成的胸11、腰1椎體三維模型與設計的非融合技術人工椎體進行組裝,即建立非融合技術人工椎體置換的三維實體模型。依“*.stp”導入到Ansys Workbench軟件,通過其前處理模塊建立非融合技術人工椎體置換的三維有限元模型。約束模型的腰1椎體底部,設置垂直正壓載荷500N、800N,施加于胸11椎體頂面。結果:(1)非融合技術人工椎體由兩件托板、兩件硅膠間盤、一件立柱等部分組成。托板為圓形,椎管側弧形凹陷,與人椎體終板匹配,中間為橢圓形突起,側方為突起的側塊,側塊大小2×2cm,其上設計兩處鎖定螺釘孔,在將非融合技術人工椎體植入人體后,側塊安裝螺釘起到早期、臨時固定作用。根據人椎體直徑數據,按直徑大小不同,將非融合技術人工椎體托板設計為1~5型號。硅膠厚度為5mm,設計為兩端“鑲嵌式”結構,按照托板相應直徑亦有1~5型號大小不同之分。立柱的兩端與托板結構相類似,中間圓柱體的直徑為12mm,每一直徑型號的托板均對應高度為20~40mm不等的5種型號立柱。(2)通過逆向工程技術建立胸11、胸12、腰1椎體實體模型。在Proe/Engineer軟件下建立胸12椎體置換的三維實體模型。應用Ansys Workbench的前處理模塊建立非融合技術人工椎體置換的三維有限元模型。在分別加載500N、800N正壓載荷時,硅膠間盤的最大應力集中在中部及后側邊緣,置換模型的最大應力集中在上托板的后側,變形最大發(fā)生在后側邊緣。結論:(1)對框架式人工椎體進行改進,應用60~80邵氏硬度的硅膠作為間盤,通過鑲嵌式固定,與鈦合金所制的終板及立柱能夠組裝成一套完整的非融合技術人工椎體。其在空間結構上能夠起到填充、支撐的作用,在運動功能上能夠實現脊柱的萬向運動及減震功能。(2)應用工程技術的原理和現代計算機技術,能夠實現對非融合技術人工椎體置換的三維有限元模型的建立。在正壓加載下,硅膠間盤及假體變形、應力變化情況與正常生理間盤、椎體接近。
【關鍵詞】：脊柱 人工椎體 非融合技術 有限元建模
【學位授予單位】：天津醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R687.3
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 縮略語/符號說明11-12
• 前言12-15
• 研究現狀、成果12-14
• 研究目的、方法14-15
• 一、非融合技術人工椎體的設計15-39
• 1.1 對象和方法15-24
• 1.1.1 框架式人工椎體15-17
• 1.1.2 腰椎測量17-20
• 1.1.3 非融合技術的實現20-24
• 1.2 結果24-25
• 1.3 討論25-38
• 1.3.1 人工椎體的發(fā)展26
• 1.3.2 人工椎體的分類26-27
• 1.3.3 人工椎體的應用27-29
• 1.3.4 人工椎體的并發(fā)癥29-31
• 1.3.5 目前臨床應用的脊柱非融合技術31-36
• 1.3.6 人工椎體發(fā)展展望36-38
• 1.4 小結38-39
• 二、非融合技術人工椎體置換的有限元模型的建立39-57
• 2.1 相關應用軟件介紹40-41
• 2.1.1 Mimics軟件40
• 2.1.2 Geomagic Studio軟件40-41
• 2.1.3 Pro/Engineer軟件41
• 2.1.4 Ansys Workbench軟件41
• 2.2 標準成年人胸腰段椎體三維有限元模型的建立41-54
• 2.2.1 實驗材料41-42
• 2.2.2 實驗方法42-54
• 2.3 討論54-56
• 2.4 小結56-57
• 結論57-58
• 參考文獻58-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-68
• 綜述 人工椎體的研究進展68-87
• 綜述參考文獻80-87
• 致謝87

  本文關鍵詞：人工椎體非融合技術的實現及其有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：271482