基于三维重建技术的个性化假肢接受腔设计及研究

发布时间：2020-10-13 05:10

　　 随着经济社会的发展,截肢患者对接受腔的舒适度要求日益提高。为了使截肢患者穿戴接受腔更舒适,减小对残肢的损伤,加速接受腔的制作周期,非常需要改进假肢接受腔设计制作方法。残肢-接受腔界面生物力学特性的研究不仅会直接影响假肢的适配性,而且也是对接受腔结构进行优化设计的基础。本文根据小腿截肢患者的CT图像经三维重建得到骨骼、软组织的几何模型。根据修型原理进行接受腔的计算机辅助设计。利用有限元分析方法研究站立状态下的残肢-接受腔界面正应力及剪切应力的分布情况,然后根据有限元结果反馈指导,对接受腔进行迭代设计,并再次进行评估,最终得到了能较好实现功能传递性和安全舒适性的接受腔模型。论文主要内容及结论如下:(1)将患者残肢的CT扫描数据导入到医学图像处理软件Mimics进行处理,并经过Geomagic、UG三维重建得到残肢的股骨、胫骨和软组织的几何模型。(2)通过使用计算机辅助设计技术,根据残肢各个部位的组织结构不同的承受能力作为修型原理对接受腔进行正向建模设计。(3)选用Mooney-Revlin超弹性模型定义软组织的材料特性,通过有限元分析站立状态下的残肢-接受腔界面正应力及剪切应力的分布情况。使用超弹性材料定义软组织的材料特性,可以更好地模拟系统的非线性特点以及残肢接受腔接触界面的大变形情况,提高了有限元分析结果的可靠性。(4)根据有限元结果反馈指导,对接受腔进行迭代设计,并对再次修型后的接受腔与残肢界面应力进行分析,得出残肢表面的应力分布情况与参考文献的计算结果基本一致,残肢软组织各区域的应力值均低于疼痛阈值,符合设计标准。最终得到了能较好实现功能传递性和安全舒适性的接受腔模型。(5)根据人体步态分析结果,通过有限元分析得到了残肢-接受腔系统在步态周期内的界面正应力的分布情况及各时相下的变化规律。本文采用逆正向结合的建模方法对接受腔进行迭代设计,并根据有限元结果进行反馈指导,最终设计好的接受腔模型可以利用3D打印快速制造得到接受腔实体,相对于现有的研究只是通过在有限元软件中对节点强制施加位移来实现接受腔的修型,更具有直接的临床使用价值。建立了小腿假肢接受腔设计及评估系统,将数字化技术与康复医学工程结合在一起,有效地提髙了假肢接受腔的制作效率和质量。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;R496
【部分图文】：

第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题研究背景截肢可能是一个人生命中最具创伤性的事件之一。除了活动能力的丧失，截肢者的心理影响和经济损失都是巨大的。当人由于意外事故、暴力行为、严重创伤或者各种血管疾病被截肢时，可以通过安装假肢来恢复外观和活动能力，提高独立生活的能力，从而提高截肢患者的生活质量，减轻家庭及社会的负担。安装假肢的目的是：使用假肢作为完整身体的代偿，恢复患者的自尊[1]，使患者能够正常和独立的行走（如图 1-1 所示）。近年来，患者对假肢功能、穿着舒适度、轻便耐用性和外观的要求越来越严格。

内蒙古工业大学硕士学位论文生理条件、病变过程和发病机制，试图从从生理学角度残端和接受腔之间界面应力分布的研究。但截至目前，的解决，压疮、深层软组织损伤、肌肉萎缩等仍在不断结构和接受腔功能般由悬吊装置、接受腔、支撑构件和假脚 4 个部分组件的结构设计直接影响患者活动能力和外观的恢复水

c）制作阳型 d）抽真空注塑制作接受腔（2）取型：小腿假肢取型并不是对患者残肢的简单复制过程。它的制作原理需假肢悬吊原理、承重原理、运动和力传递原理来实现。取型过程如下：在残肢上记，具体的标记有髌韧带中点、胫骨残端、腓骨残端，给患者残肢穿上用水浸湿型袜，用石膏绷带缠绕残肢，并施加取型手法，使残肢在一定压缩量下得到阴模。（3）灌浆修型：将石膏浆倒入石膏阴模内，经冷却固化得到石膏阳模。用石膏、砂纸等工具对适合承重区进行刮削，刮削深度在 2-12mm 不等；而对于压力敏，则需要进行填补修型，增补厚度控制在最小限度内，以防接受腔过松。（4）调试：根据修型后的石膏阳模制作接受腔，经患者试戴后对患者感觉不舒地方进行修改；（5）塑型：调试完成后，焊接聚乙烯醇薄膜，套纤维增强材料，灌入丙稀酸树附在阳模上经过抽真空冷却定型，然后把石膏震碎除掉，打磨接受腔使其圆滑，图 1- 3 传统小腿假肢的制作过程Figure 1- 3 The production process of traditional calf prosthesis
【参考文献】

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本文编号：2838774