膝关节假体优化设计及激光选区熔化制造研究

发布时间：2020-11-10 06:46

【摘要】：膝骨性关节炎现已成为困扰中老年人群的主要关节病之一，据统计结果显示，未来我国中老年人患膝关节疾病的例数将持续增长。全膝置换术（Total knee arthroplasty，TKA）是目前治疗膝骨关节炎的唯一有效外科手术，而术中使用的膝关节假体绝大部分是欧美国家进口产品或者国内仿效欧美假体生产的产品，由于设计参数是基于欧美国家人群的膝关节解剖结构，与我国人的膝关节形态匹配性不好，最终造成手术治疗效果达不到理想效果。 基于以上情况，本课题主要研究了在采集大量国人膝关节形态数据以及统计学分析的基础上，进行适配于国人膝关节的假体优化设计和激光选区熔化制造。论文的主要内容如下： 首先，回顾了激光快速成型技术在医学领域的应用现状，讨论了激光选区熔化技术的基本原理和研究现状，以及膝关节假体的设计与制造研究现状，为本课题开展奠定理论基础。 其次，针对全膝置换手术的特点，结合医学影像技术和三维重建技术，完成对国人正常膝关节股骨远端、胫骨近端的三维建模、模拟切骨及截骨面的解剖学几何形态测量；并进行了统计学分析，研究了男性与女性在膝关节解剖形态上的差异，以及某些形态参数之间的线性相关并得到定量关系，研究结果为国人膝关节假体设计改进提供依据。 采用自行研发的激光选区熔化3D打印设备，研究了激光选区熔化钴铬合金粉末成型工艺，讨论了激光功率、扫描速度及扫描间距对成型致密度的影响趋势，及成型样件的微观组织特征和力学性能。最后针对膝关节假体进行了成型特点分析，从摆放方式和成型优化两方面出发提出了提高成型精度、减少热应力的加工方案。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.17
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 人工膝关节植入假体技术的研究现状
        1.2.1 人工膝关节假体技术简介
        1.2.2 国外研究现状
        1.2.3 国内研究现状
    1.3 激光选区熔化技术简介
        1.3.1 激光选区熔化快速成型技术的原理
        1.3.2 激光选区熔化快速成型技术的研究现状
    1.4 快速成型技术在医学研究中的应用现状
        1.4.1 快速成型技术在牙科领域的研究应用
        1.4.2 快速成型技术在外科领域的研究应用
        1.4.3 快速成型技术在植入体中的研究应用
    1.5 本文的选题意义、研究内容和课题来源
        1.5.1 选题意义
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 选题来源
第二章 人工膝关节植入假体的设计理论与基础
    2.1 人工膝关节植入假体的设计理论
        2.1.1 人体膝关节的解剖结构
        2.1.2 全膝人工关节置换术
    2.2 人工膝关节假体模型设计流程
    2.3 人体膝关节几何形态参数采集
        2.3.1 人体膝关节三维模型重建
        2.3.2 人体膝关节模拟置换切骨
        2.3.3 人体膝关节三维模型测量
    2.4 本章小结
第三章 人工膝关节植入假体三维模型的优化设计
    3.1 膝关节形态参数统计学分析
        3.1.1 股骨测量指标性别差异分析
        3.1.2 胫骨测量指标性别差异分析
        3.1.3 测量指标关联性分析
    3.2 人工膝关节假体实体模型设计
    3.3 本章小结
第四章 人工膝关节植入假体的成型工艺研究
    4.1 基础工艺试验方法
        4.1.1 材料和设备
        4.1.2 测试设备
        4.1.3 实验过程
    4.2 材料成分分析
    4.3 致密度分析
        4.3.1 激光功率对致密度的影响
        4.3.2 扫描速度对致密度的影响
        4.3.3 扫描间距对致密度的影响
    4.4 性能检测
        4.4.1 钴铬合金试样制备
        4.4.2 微观组织分析
        4.4.3 力学性能分析
    4.5 人工膝关节假体制造实例分析
    4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

【参考文献】

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本文编号：2877620