个性化钛合金胫骨接骨板的设计与评价

发布时间：2020-06-13 11:56

【摘要】：金属接骨板虽为骨折手术固定中常见的医疗器械,但其非个性化设计及复杂的传统制造工艺仍存在一定的不足。而接骨板的个性化设计与直接增材制造可解决传统工艺的相关不足、进一步放大增材制造的综合效益。鉴于此,本论文以一种应用于胫骨下1/3段42-A型简单骨折手术治疗的接骨板为模型进行了相关设计与评价,以实现更好的个体适配性及更低的应力遮挡率,进一步实现增材制造的综合效益,同时为其他部位的内固定板、乃至其他相关增材制造骨科植入物的设计和制造及相关标准的设立提供借鉴。论文基于胫骨的结构、血供、骨折分类及其内固定等相关知识,利用CT数据及Mimics、3-matic、Geomagic、NX UG等相关逆向工程软件完成了钛合金胫骨接骨板的设计;进行了接骨板的试制与评价;通过有限元分析进一步完成了胫骨接骨板的表面开槽设计与优化。主要结论如下:(1)激光增材制造工艺与传统锻造工艺下TC4钛合金弹性模量的差异不大,但弹性阶段的范围有所扩大,抗拉强度有所提升,故激光增材制造工艺具有一定的工艺替代性,但前提为恰当的热处理工艺。(2)正常状态下,胫骨的应力集中分布于胫骨的前棱与后侧面,但骨折固定后,可在接骨板安装区域观察到明显的应力遮挡现象,且此时接骨板上应力分布较为均匀,主要分布于接骨板右前侧与左后侧边缘,在骨折间隙区域接骨板主要受力区中存在较大应力区,而胫骨上应力主要分布于胫骨后侧面,且胫骨后侧面骨折两端端面会发生轻微挤压,故在相关分析评价中应对骨折间隙区域的接骨板及接骨板固定区域对侧附近区域的骨骼进行着重分析。(3)开槽设计使骨折固定后接骨板的应力更多分布于板体,板上各螺钉孔壁会形成低应力“孤岛”,胫骨上骨折两端面间接触情况改善,接骨板的应力遮挡率下降。开槽设计均可降低应力遮挡率,开槽范围越大,降低作用越明显。不论开槽数量或开槽结构是否存在差异,接骨板开槽对骨折固定后胫骨上应力最大值几无影响,故表面开槽设计是降低接骨板应力遮挡率的有效方式之一,且可考虑在保证接骨板强度及骨折固定稳定性的条件下尽可能的增大开槽范围。(4)“内表面纵向开槽”设计使接骨板上应力更多分布于板体,“孤岛”现象更为明显,接骨板的应力遮挡率进一步降低,故该设计为应用于胫骨下1/3段42-A型简单骨折内固定的最佳个性化接骨板板型设计。论文结果为个性化接骨板的实际应用及相关改进提供了一种设计新思路。
【图文】：

而当胫骨下1/3骨干发生骨折时,延伸至胫骨远端的胫骨滋养动脉将受损,进而影响骨折远端的血供。此时,胫骨破坏的血运系统可由骨膜动脉系统的向内增生获得一定的补充。故当胫骨下1/3骨干发生骨折时,对于骨折的痊愈,特别是对于靠近胫骨远端的骨折端的愈合,骨膜动脉系统的完整性便显得尤为重要。此时,若骨膜动脉系统再遭破坏,势必会导致骨折的延迟愈合,甚至不愈合。而这一点亦是在逐渐看重对骨骼血供系统保护的当下,相关接骨板设计所需着重考虑的。图1-3胫骨血供[36]

胫骨血供[36]
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH789

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6 王U，

本文编号：2711142