股骨假体宏微一体化结构建模及优化技术

发布时间：2023-10-21 16:33

　　股骨假体置换手术是解决股骨部位肿瘤、损伤、炎症等病变的最有效的方式,然而,目前手术中采用的高弹性模量的系列化股骨假体往往并不能完全匹配患者的个性化股骨特征,造成应力遮挡等术后不良反应。随着制造技术的发展,增材制造技术可以在最大程度上降低模型的复杂度对制造工艺的影响,多孔结构由于其较低的弹性模量和力学性能可调控性正成为理想的骨科植入假体。本文提出一种能够根据股骨CT数据以及股骨受力情况进行宏微一体结构个性化参数建模设计方法,设计出的多孔结构股骨假体能有效降低股骨应力遮挡效应。主要研究内容如下:(1)针对系列化假体不能精确匹配患者的股骨力学特征,现有个性化假体的建模流程需要利用多种CAD软件,过程复杂设计周期长的问题。本文基于患者的股骨CT数据提取特征,提出了股骨假体宏微一体参数化建模的方法,实现了个性化假体自动化建模。(2)针对实体假体的高弹性模量容易造成股骨应力遮挡等术后不良反应的问题,提出复杂多孔结构假体建模方法,实现了多孔结构部分与股骨假体的随形匹配优化设计。(3)考虑到不同多孔结构的力学特性不同,对股骨载荷条件的适应性不同,以五种典型多孔结构为例,分析不同多孔结构的力学特性,实现...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 股骨假体概述
        1.1.3 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 文章安排
第二章 股骨假体参数化设计建模
    2.1 引言
    2.2 股骨假体的参数化建模方法和技术流程
    2.3 股骨宏微观结构参数提取
        2.3.1 股骨微观参数特征的提取
        2.3.2 股骨宏观参数特征的提取
        2.3.3 股骨的三维重构
    2.4 股骨假体的参数化建模设计
        2.4.1 参数化假体总体设计
        2.4.2 股骨假体轮廓设计
        2.4.3 股骨假体柄部截面设计
        2.4.4 股骨假体头颈部设计
    2.5 股骨假体参数化建模实现
    2.6 本章小结
第三章 多孔结构股骨假体的设计建模
    3.1 引言
    3.2 多孔结构的力学性能分析
        3.2.1 典型多孔结构单元
        3.2.2 多孔结构各向异性调控
            3.2.2.1 典型多孔结构单元的各向异性分析
            3.2.2.2 多孔结构单元的各向异性分布调控
    3.3 股骨假体微观多孔结构的设计
        3.3.1 假体区域分割
        3.3.2 微观多孔结构建模
    3.4 多孔结构的适形优化设计
        3.4.1 多孔结构的适形优化设计方法
        3.4.2 多孔结构的随形优化设计验证
    3.5 多孔结构曲面构建
        3.5.1 梁结构曲面构建
        3.5.2 基于凸包算法的节点处曲面构建
    3.6 本章小结
第四章 股骨假体的结构应力优化
    4.1 引言
    4.2 实验材料和方法
        4.2.1 股骨模型的获取和以及股骨材料定义
        4.2.2 股骨假体模型的的获取以及材料定义
        4.2.3 股骨假体的植入
        4.2.4 载荷和约束施加
    4.3 多孔结构股骨假体的力学仿真与结构优化
        4.3.1 实验方法
        4.3.2 实验结果
    4.4 宏微一体化结构假体的基于应力场优化
        4.4.1 基于应力场的多孔结构优化设计
        4.4.2 基于应力场的宏微一体化股骨假体优化设计
    4.5 多孔结构假体的SLM成型
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3856210