3D打印全膝关节假体的个性化设计与验证

发布时间：2020-04-01 07:53

【摘要】：个性化膝关节假体是近几年随着先进制造技术和先进设计理念的发展而兴起的全新概念,目的是为患者提供具有个体特征的假体并对植入手术进行个性化定制。但如何实现假体植入后的高度匹配的同时对患者正常屈膝运动进行重建是个性化膝关节假体设计的关键问题。本文基于3D打印技术和逆向设计方法对膝关节假体的个性化设计方法进行了探索和实践,并通过模拟分析和假体植入实验对个性化设计方法的合理性进行分析以及对不同设计方案的植入效果进行了探索,本文主要研究内容和结论如下:1、膝关节假体的个性化设计原则和设计方法研究。通过对膝关节及假体的结构和功能进行分析,本文确定了个性化设计的两个主要原则:个性化膝关节假体首先应具有较好的匹配性,这种匹配性不仅表现在假体的覆盖上,也表现在假体的外形上;其次假体应尽可能恢复患者正常且具有个体特性的屈膝运动。假体的个性化设计应该是逆向设计与正向设计相结合的设计过程。2、对膝关节假体的匹配性进行了分析。本文在截骨面覆盖率的概念下提出过覆盖率和欠覆盖率来衡量假体在截骨面上的匹配程度,同时提出假体重合度、过重合度和欠重合度来衡量股骨假体在外形上的匹配程度。通过计算机模拟假体植入实验,测量和计算了商用膝关节假体和个性化膝关节假体的覆盖率值和重合度值。结果显示,个性化膝关节假体无论在截骨面上还是在外形上的匹配性均明显优于商用假体。3、个性化膝关节假体的尸体植入验证。采用金属3D打印完成股骨假体和胫骨托进的加工,采用非金属3D打印完成胫骨垫片的加工,随后将该套个性化膝关节假体在尸体标本上进行了植入实验,术后假体匹配性好、下肢力线重建效果良好、屈膝运动正常,从而验证了文中的设计和加工方法的合理性。4、屈膝运动中股骨内外翻、内外旋运动的重建效果分析。通过双目视觉运动分析设备,本文对不同胫股关节曲面设计方案的个性化膝关节假体植入后的屈膝运动进行分析。结果发现,内外侧非对称式的胫股关节曲面能够有效重建屈膝过程中的股骨内外翻运动,而无论是对称式和非对称式的胫股关节曲面设计均降低了股骨内外旋的运动幅度。
【图文】：

够维持膝关节稳定和限制膝关节过度收缩运动，，而韧带组织则可以对屈膝，膝关节又可以细分为胫股关节和髌外侧胫股关节，内外侧胫股关节分别则是由髌骨和股骨滑车组成。特点股骨远端、胫骨近端和髌骨三部分同和约束，整个屈膝运动的过程非常复接触，髌骨沿着股骨滑车滑动，位置外侧位移、倾斜和旋转等运动[8]。

华南理工大学硕士学位论文关节的使用要求也各有不同，因此是否需要恢复患者膝关节的原始形貌和运动人们逐渐关注的问题。随着先进制造技术和先进设计方法的出现，个性化的膝逐渐成为新的发展趋势。不同于传统 TKA 手术根据患者膝关节尺寸挑选膝关节假体型号的方式，个性A 手术过程可以根据患者自身特点，如膝关节的尺寸和受损情况来定制手术方成假体的个性化设计和制造。金属 3D 打印技术的发展为上述过程的实现创造条件。目前，Zimmer 公司在其使用较为广泛的 NexGen 型假体的基础上，推实现个性化定制的Persona膝关节假体，如图1-8所示。ITOTAL假体是CONTO推出的基于金属 3D 打印的个性化膝关节假体，如图 1-9 所示。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;TP391.73

【参考文献】

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本文编号：2610173