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股骨三维重建与人工髋关节生物力学研究

个性化人工髋关节可以提高假体与骨之间的匹配程度,延长假体寿命,而且可满足特殊病例需要。精确获得股骨的几何参数,通过生物力学分析优化假体设计,一直是该领域的前沿课题。鉴于此,本文利用图像处理和计算机辅助设计技术,将股骨的螺旋CT二维图像进行三维重建研究。并采用非线性有限元方法,进行人工髋关节的生物力学分析。感染是关节置换术后一个灾难性的并发症。因此,本文还采用离子注入方法对假体材料表面改性,系统研究抗菌性、耐磨性等性能。以期为个性化人工髋关节的设计和制造提供模型基础及几何设计和材料设计的依据。利用Mimics、Imageware和Unigraphics软件,实现了CT数据的精确传输和股骨三维重建,成功区分了皮质骨和松质骨。重建模型具有较高的精度,曲面平均误差低于0.5 mm。采用三维CT法测量了股骨前倾角。而且,实现了畸形股骨的三维重建,并利用快速原型方法制作了实体模型。采用非线性有限元方法,建立了髋臼—假体头有限元模型,进行超高  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
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全髋关节置换中股骨和假体的三维重建及有限元分析

由于事故和病变引起的髋关节疾病严重影响患者的日常生活,人工髋关节置换术的出现有效解决了髋关节疾病引起的关节功能丧失。在人工髋关节置换中,人工髋关节的稳定性和使用寿命是决定髋关节置换成败的关键,这不仅取决于医生的手术技术,也与人工髋关节的固定方式有着紧密的关系。人工髋关节发展到今天,出现了多个种类。其中,根据固定方式的不同人工股骨柄可分为生物型股骨柄和骨水泥型股骨柄。人工髋关节置换手术中,这两种类型的股骨柄都被广泛的使用,但是哪种类型的股骨柄有更好的稳定性和更长的使用寿命仍旧没有定论。本文利用有限元法对以上两种植入股骨的股骨柄的稳定性和使用寿命这两方面问题进行讨论。使用Mimics、Abaqus和Catia等软件进行股骨模型的三维重建和假体三维模型的建立。利用Mimics基于股骨CT图像的灰度值对股骨赋予材料属性,建立了有较高精度的股骨有限元模型。假体模型根据其具体尺寸利用Catia建立。利用Abaqus分别对完整股骨模型、股骨上...  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>

山东大学
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2052-2102和Plus两种股骨假体生物力学性能有限元分析及对比研究

髋关节是人体重要的运动及承载关节,但由于病变、事故等原因导致的髋关节功能障碍很大程度影响了患者的正常生活和工作。人工髋关节置换术是目前解决该问题的有效方法,其中股骨假体的生物力学性能对术后人工髋关节的稳定及长期疗效有重要影响,因此设计合理的股骨假体模型,使其更好地适应人体内部的生理环境尤为重要。随着有限元技术在生物力学领域的广泛应用,利用该技术辅助研发和评价新型假体以指导临床治疗成为医用生物力学领域的重要手段。本文以某骨科材料有限公司的Plus标准股骨假体和以其为原型优化改进的2052-2102新型假体为研究对象,通过生物力学性能的对比研究探究新型假体的优化效果,为企业后期生物力学试验和假体的优化设计提供理论参考。首先,对比研究了2052-2102新型股骨假体和Plus标准股骨假体的生物力学性能:基于医学图像三维重建技术完成了人体股骨的三维重建,将获得的股骨模型根据临床需要切割后分别与2052-2102和Plus假体装配,获得用...  (本文共92页) 本文目录 | 阅读全文>>

厦门大学
厦门大学

股骨三维重建与髋关节置换的有限元分析

有限元法在生物医学工程领域的应用,带来了人类医疗技术的革命。而由于病变、事故导致髋关节功能丧失,给患者带来了很大的不便。在人工髋关节置换中,置换重建的成功不仅取决于外科手术,更主要受到假体设计的影响,合理的假体设计是远期关节置换成功的重要因素。假体的几何形状和材料性质决定着假体和股骨的应力状况。定制型人工股骨假体可以提高与骨髓腔的匹配程度,因此能更好的适应人体内部的生物力学环境,消除对正常股骨不合理应力的破坏,减少应力遮挡,从而延长了股骨假体的使用寿命,减少远期假体松动几率。本课题针对股骨结构的多样性及其复杂性,提出股骨三维重建的研究方法,在股骨三维重建的基础上对股骨进行静态分析,模态分析,步态分析和假体部分参数的髋关节置换,希望能够为人工髋关节的个性化设计和制造,提供模型基础和几何设计和材料设计的理论依据。利用Mimics、Geomagic和SolidWorks软件实现股骨CT数据的准确传输和三维重建,重建模型具有较高的精度,...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

厦门大学
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机器人磨削个性化人工髋关节方法和实验研究

人体股骨髓腔具有绝对差异性。现有的标准化、系列化人工髋关节产品种类有限,与患者的股骨髓腔不能完全匹配,而且无法满足特殊病人的需求。根据病人髋关节解剖结构和生物力学传递特点,设计制造出与患者股骨髓腔相适应的个性化人工髋关节,不仅能够满足不同患者的需求,而且能够提高人工髋关节的长期稳定性,延长人工髋关节的有效使用寿命。由于个性化人工髋关节的外形复杂,增加了加工工艺的复杂性,导致定制周期长、加工成本高。因此,国内个性化人工髋关节主要用于特殊病例,难以在普通病例中推广。本论文基于机器人磨削系统,利用CAD/CAM/Robotic一体化技术,研究了一种速度快、效率高、成本低的个性化人工髋关节制造方法。首先,在Mimics软件中利用股骨CT图像数据重建股骨三维模型,并通过布尔运算获取股骨髓腔模型用于个性化人工髋关节柄的设计。然后,在Pro/E软件中完成个性化人工髋关节柄和近髋臼端的设计,并通过拼接、优化获得完整的个性化人工髋关节。其次,通过...  (本文共91页) 本文目录 | 阅读全文>>

河南科技大学
河南科技大学

人工全髋关节置换三维有限元建模及其在体生物力学研究

髋关节是人体最重要的关节之一。研究髋关节的生物力学问题,分析各组成部分的应力载荷,建立符合人体结构的生物力学模型,得到符合真实结构的力学以及动力学参数,是生物力学研究的重点。自从有限元分析技术在计算生物力学领域得到广泛应用以来,已经渗透到生物力学的各个领域,建立符合人体解剖结构的髋关节生物力学有限元模型,并对其进行有效的力学分析,得到准确可靠的数据,应用于临床治疗、医学研究、生物机械设计的应用、假体设计、矫正手术以及医学快速成型等领域,仍是迫切需要解决的问题。本文针对建立步态周期内髋关节的生物力学模型以及有限元模型的方法和分析结果,总结如下:1利用人体建模仿真系统软件AnyBody建立包括骨骼肌肉的人体髋关节生物力学模型,模型更符合真实的髋关节解剖结构。通过对髋关节进行完整周期的步态仿真,得到髋关节的受力、角度随时间的变化情况以及主要肌群的受力情况,为有限元建模仿真提供合理的参数。2利用髋关节的医学影像数据,通过医学三维重建,建...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>