当前位置:主页 > 医学论文 > 生物医学论文 >

骨干假体与辅助钛板联合重建肱骨干缺损的生物力学研究

发布时间:2018-03-10 13:30

  本文选题:生物力学 切入点:组配式假体 出处:《天津理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:肱骨为原发恶性骨肿瘤及转移性骨肿瘤的好发部位之一,常以瘤段切除作为治疗方法。对于瘤段切除后的保肢重建目前有同种异体骨移植、自体瘤段骨灭活回植、人工假体重建等方法。随着影像学技术、假体制造技术以及外科手术技术的提高,人工假体重建术已广泛用于骨干肿瘤广泛切除后的保肢重建。骨干组配式假体作为近几年新兴人工假体因其有着手术操作相对简单、患者住院时间较短、可即刻负重、并发症低、生物力学性能好等诸多优势而备受关注。目前,骨干组配式假体应用于肱骨骨干的临床报道较少,对于假体置换后肱骨以及假体的生物力学性能尚不清楚,制约了其临床应用和进一步的优化设计。针对肱骨骨干髓腔直径较小,瘤段切除后残余骨干较短以及上肢生物力学环境复杂等特点,提出了肱骨骨干组配式假体外加辅助钛板固定联合重建肱骨干节段性缺损的思路,并通过体外尸体骨电测法实验和三维有限元分析的方法对该假体重建肱骨骨干的生物力学特性进行了研究。以期为假体的临床使用和优化设计提供科学的理论依据。本课题首先采用尸体骨电测实验进行研究,实验进行前使用3-D打印模型骨进行初步的预实验以熟悉实验操作流程和总结实验所遇问题及提出解决方案,然后取成人右侧新鲜尸体肱骨进行包埋、贴片和加载测试。为模拟肱骨在体力学环境,此次实验分别进行肱骨机械轴向的拉伸加载和绕轴的扭转加载,并得出位移及应变数据。实验分为三个步骤逐一进行:首先,对完整肱骨进行加载;其次,人为建立肱骨骨干中段5cm长度缺损并以无钛板辅助固定假体重建骨缺损后再次行相同方式加载;最后,外加辅助钢板后再次进行加载。每组实验分别进行五次拉伸和扭转力的循环加载后求拉伸位移、扭转角度以及贴片处应变平均值。尸体骨电测法实验虽能切实的反应所测位置的应变变化情况,但由于实验环境及一些不可预知因素会对实验结果造成一定的影响,并且该方法只能得到贴片位置的应变变化而不能得到整体的应力分布以及诸如假体置入后假体柄表面、紧固螺钉等关键部件的数据。因此,我们在尸体骨电测法实验的基础上进一步进行了三维有限元分析,建立了基于CT扫描的肱骨有限元模型和基于三维软件的假体模型,按照尸体骨电测法实验进行组装和加载,设置了与尸体骨实验相同的边界条件。实验结果表明,肱骨骨干组配式假体联合钛板辅助固定重建瘤段缺损可作为有效的保肢治疗方法。该固定方式使得假体有着更好的初始稳定性,可应对上肢复杂生物力学环境,外加辅助钛板的设计降低了假体松动和脱位的风险。同时,此次研究验证了所建肱骨三维有限元模型的有效性和准确性,得到了肱骨以及假体在拉伸和扭转载荷下的应力分布,为该假体的临床使用和进一步的优化设计提供了理论依据。
[Abstract]:Humerus is one of the most common sites of primary malignant bone tumor and metastatic bone tumor. Methods such as artificial prosthesis reconstruction. With the improvement of imaging technology, prosthesis manufacturing technology and surgical technique, Artificial prosthesis reconstruction has been widely used in limb salvage reconstruction after extensive resection of bone tumors. As a new artificial prosthesis in recent years, because of its relatively simple operation and short hospital stay, the patient can bear weight immediately. Low complications, good biomechanical properties and many other advantages have attracted much attention. At present, there are few clinical reports on the application of diaphyseal prosthesis in the humeral shaft, but the biomechanical properties of the humerus and prosthesis after prosthesis replacement are not clear. It restricts its clinical application and further optimization design. It aims at the smaller diameter of the medullary cavity of the humeral shaft, the shorter residual shaft after resection of the tumor, and the complex biomechanical environment of the upper limb. The idea of reconstruction of segmental defect of humerus shaft with combined prosthesis and titanium plate fixation was put forward. The biomechanical properties of the prosthesis for humeral shaft reconstruction were studied by means of in vitro cadaveric bone electrical test and three-dimensional finite element analysis, in order to provide a scientific theoretical basis for the clinical use and optimal design of the prosthesis. First of all, the experiment of cadaveric bone test was carried out. Before the experiment, 3-D printed model bone was used for preliminary pre-experiment to familiarize the experimental procedure, summarize the problems encountered in the experiment and propose solutions. Then, the humerus of the right side of the adult body was taken for embedding, and the humerus of the right side of the adult was taken for embedding. In order to simulate the humerus in the mechanical environment, the experiment was carried out by axial tensile loading and torsional loading of the humeral shaft respectively, and the displacement and strain data were obtained. The experiment was divided into three steps: first, The complete humerus was loaded. Secondly, the humeral bone defect was reconstructed by artificial 5cm length defect in the middle of the humeral shaft and then was reloaded in the same way after the reconstruction of the bone defect with the prosthesis without titanium plate. After adding the auxiliary steel plate, the tensile displacement was calculated after the cyclic loading of five tensile and torsional forces in each group of experiments. Although the electric measurement of cadaveric bone can effectively respond to the strain change of the measured position, the experimental environment and some unpredictable factors will have a certain effect on the experimental results. Moreover, the method can only obtain the strain change of the patch position, but not the overall stress distribution and the data of the key components such as the surface of the prosthesis handle and the fastening screw after the prosthesis is placed. On the basis of the experiment of cadaveric bone electrical measurement, we further carried out three-dimensional finite element analysis, established the finite element model of humerus based on CT scan and the model of prosthesis based on three-dimensional software, and assembled and loaded the model according to the experiment of cadaveric bone electrometric method. The same boundary conditions as the cadaveric bone experiment are set. The experimental results show that, The prosthesis of humeral diaphysis combined with titanium plate can be used as an effective method for limb salvage, which can provide better initial stability and can deal with the complex biomechanical environment of upper limb. The design of additional titanium plate reduces the risk of prosthesis loosening and dislocation. At the same time, the validity and accuracy of the 3D finite element model of humerus are verified, and the stress distribution of humerus and prosthesis under tensile and torsional loads is obtained. It provides a theoretical basis for clinical use and further optimization design of the prosthesis.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R687;R318.01

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张松林;;第4届世界生物力学大会[J];体育科学;2003年01期

2 ;第三届《医用生物力学》编委会[J];医用生物力学;2003年03期

3 许燕,樊瑜波;法医生物力学研究进展[J];生物医学工程学杂志;2004年01期

4 本刊编辑部;生物力学研究文稿的写作须知[J];中国骨伤;2004年11期

5 ;《医用生物力学》更改为双月刊启事[J];国际心血管病杂志;2008年01期

6 秦岭;;生物力学——一门跨学科的学科[J];医用生物力学;2008年02期

7 龙勉;;关于国家自然科学基金生物力学学科优先资助领域的思考[J];医用生物力学;2009年S1期

8 姜宗来;;我国生物力学研究发展三十年[J];医用生物力学;2010年S1期

9 樊瑜波;;生物力学在医疗器械设计和跳伞着陆防护中的应用[J];医用生物力学;2010年S1期

10 董礼平;闫巧珍;;步态生物力学进展浅析[J];内江科技;2011年08期

相关会议论文 前10条

1 姜宗来;;我国生物力学学科发展的思考[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年

2 杨辰;曲峰;;裸足运动的生物力学研究综述[A];第十五届全国运动生物力学学术交流大会(CABS2012)论文摘要汇编[C];2012年

3 樊瑜波;;医疗器械及人工器官的生物力学设计[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年

4 成自龙;;人体冲击生物力学研究进展[A];第四届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];1999年

5 迪丽娜·马合木提;穆合塔尔·沙德尔;哈木拉提·吾甫尔;;维医沙疗中的生物力学问题之探讨[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

6 孟和;钟红刚;;生物力学与中西医结合骨科的发展[A];第九次全国中西医结合创伤骨科学术大会论文汇编[C];2001年

7 杨桂通;;探索人体奥秘的古老故事——生物力学孕育期一瞥[A];力学史与方法论论文集[C];2003年

8 杨桂通;;探索人体奥秘的古老故事——生物力学孕育期一瞥[A];力学史与方法论论文集[C];2003年

9 龚璐璐;丁祖泉;高建新;冷晔;;数字散斑相关法及其在医用生物力学领域的应用[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年

10 刘振田;吴小涛;;生物力学中多频振动技术治疗的现状和展望[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

相关重要报纸文章 前4条

1 汪雪姣 林岚;辛勤耕耘在生物力学园圃中[N];科技日报;2004年

2 黄盈盈;走出困境 向高尖端领域发展[N];福建科技报;2008年

3 王美宽;运动品牌重视核心竞争力塑造[N];中国服饰报;2008年

4 陈云飞;上海岳阳医院 推拿项目获地方科技一等奖[N];中国中医药报;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 孟祥杰;基于肌肉骨骼生物力学载荷的驾驶人腰部舒适性研究[D];清华大学;2015年

2 麻恒源;唇裂唇鼻肌肉系统三维解剖学研究与唇裂功能性修复的有限元生物力学模似[D];北京协和医学院;2016年

3 许硕贵;动态记忆应力的生物力学研究及临床意义探讨[D];第二军医大学;2001年

4 苏佳灿;髋臼三维记忆内固定系统治疗髋臼骨折记忆生物力学研究——骨盆、髋臼三维模型仿真、力学模拟与有限元分析[D];第二军医大学;2004年

5 张美珍;非接触性前交叉韧带损伤危险因素的生物力学研究[D];北京体育大学;2012年

6 赵文志;活骨组织应力与重建适应实验及其生物模型研究[D];大连理工大学;2004年

7 连志强;骨骼材料与结构的性能仿真及重建模拟研究[D];大连理工大学;2010年

8 陈强;挥鞭样损伤的生物力学和临床研究[D];第二军医大学;2005年

9 曹正霖;人工寰齿关节研制的解剖学和生物力学研究[D];第一军医大学;2001年

10 孔亮;B/2类骨质下种植体宏观结构的生物力学优化设计和分析[D];第四军医大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 王晓猛;三种sMCL和POL重建方法的生物力学对比性研究[D];河北医科大学;2015年

2 郭伟明;腺病毒介导TGFβ1基因体外转染对自体Hamstring腱重建兔ACL的生物力学及影像学影响[D];南华大学;2015年

3 冯国坤;油茶果与花苞生物力学测量系统设计与研究[D];江西农业大学;2015年

4 赵鹏飞;正常男性腰椎三维有限元模型的建立并证明其在所给力矩载荷下的有效性[D];大连医科大学;2015年

5 林田;基于生物力学的鞋舒适性评价和设计[D];福州大学;2014年

6 吴凯;基于损伤生物力学的颈部精细化建模及在低速后碰撞中的应用[D];华南理工大学;2016年

7 韩硕;有限元分析在腰椎间盘生物力学中的应用研究[D];河北医科大学;2016年

8 聂兵;正常人耳廓生物力学基本特征的研究[D];第二军医大学;2016年

9 田东牧;骨干假体与辅助钛板联合重建肱骨干缺损的生物力学研究[D];天津理工大学;2017年

10 纪祥;拇指掌指关节侧副韧带损伤的生物力学研究及临床应用[D];吉林大学;2007年



本文编号:1593552

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/1593552.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户89ad5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com