可调式标准型半骨盆假体设计研发及其可靠性研究

发布时间：2017-09-24 13:38

  本文关键词：可调式标准型半骨盆假体设计研发及其可靠性研究

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【摘要】：骨盆是人体骨骼结构中的重要组成部分,能够传递人体上部与下肢载荷,保护盆腔内部脏器,在人体日常活动中起到重要作用。然而,由于骨肿瘤和外因性事故等因素造成骨盆损伤后,需要切除损伤部位并进行骨盆重建。半骨盆假体置换技术,作为生物医用植入器械的重要组成部分、矫正外科学的新兴技术,已成为治疗骨盆区域肿瘤切除、外因性骨盆破碎等疾病中骨盆环重建的重要支撑技术,能够帮助患者恢复骨盆的基本功能,是确保人类生存与健康的重要生物医用植入技术。当前,半骨盆假体以根据不同病况进行设计开发的定制型半骨盆假体为主,具有单件重复设计、制造工艺复杂、生产时间长以及产品成本高等不利因素。此外,各类半骨盆假体均存在假体周围软组织病变感染等临床问题,及假体松动、疲劳断裂等工程问题。因此,对半骨盆假体产品进行标准化开发,并建立一套假体可靠性评价方法具有一定研究价值和实际意义。本论文针对骨盆重建术中的半骨盆假体标准化开发和可靠性评价等问题,主要进行了如下研究:1.针对个性化半骨盆假体的工程设计开发问题,研究骨盆解剖结构,分析骨盆生理功能,利用数字医学技术、逆向工程技术和计算机辅助设计技术,开发一种可调式标准型半骨盆假体的工程设计方法;2.针对标准型半骨盆假体的生物力学性能问题,利用骨盆人体尸体标本体外实验的方法,对比分析健康骨盆及重建骨盆的力学响应,研究标准型半骨盆假体对骨盆生物力学的影响;3.针对健康骨盆与重建骨盆有限元模型可靠性问题,利用体外实验验证的方法和线性回归分析的统计学手段,对健康骨盆及重建骨盆的有限元模型进行验证;4.针对动态载荷作用下半骨盆假体的生物力学性能问题,借助有限元仿真软件,对比分析健康骨盆及重建骨盆有限元模型在标准步态、上、下楼梯等过程中的生物力学特点,并研究半骨盆假体在多载荷作用下的力学稳定性。
【关键词】：半骨盆假体 生物力学 体外实验 有限元分析 稳定性
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R687;R318.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 课题来源15
• 1.2 研究的目的和意义15-16
• 1.3 骨盆简介16-20
• 1.3.1 骨盆的功能和结构16-19
• 1.3.2 骨盆周围软组织19-20
• 1.4 半骨盆假体设计研究概况20-24
• 1.4.1 鞍状假体21
• 1.4.2 基座型假体21-22
• 1.4.3 组配式假体22-23
• 1.4.4 解剖型假体23-24
• 1.5 骨盆及半骨盆假体生物力学研究概况24-29
• 1.5.1 国外研究概况24-28
• 1.5.2 国内研究概况28-29
• 1.6 论文的主要研究内容29-31
• 第二章 可调式标准型半骨盆假体开发与设计流程31-42
• 2.1 引言31
• 2.2 骨盆三维模型建立31-34
• 2.2.1 骨盆图像数据编辑及三维模型建立软件介绍31-32
• 2.2.2 原始骨盆CT数据导入32-33
• 2.2.3 阈值分割33-34
• 2.2.4 区域增长34
• 2.2.5 骨盆三维模型建立34
• 2.3 骨盆尺寸数据测量34-35
• 2.4 假体部件设计35-39
• 2.4.1 人工髂翼假体设计35-37
• 2.4.2 人工髋臼杯假体设计37-38
• 2.4.3 人工耻骨假体设计38
• 2.4.4 耻骨上支连接棒假体设计38-39
• 2.4.5 椎弓根钉棒系统设计39
• 2.5 假体加工制造39-41
• 2.5.1 假体制造技术介绍39-40
• 2.5.2 假体快速成型制造40-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第三章 半骨盆假体生物力学性能体外测试及椎弓根钉棒系统选型42-58
• 3.1 引言42
• 3.2 实验装置42-45
• 3.2.1 力学试验机43
• 3.2.2 ARAMIS三维数字散斑光学测量系统43-44
• 3.2.3 载荷在线监测系统44-45
• 3.3 实验工具、材料准备及实验样品制备45-49
• 3.3.1 可调式半骨盆假体准备46
• 3.3.2 人体骨盆标本制备46-48
• 3.3.3 自凝牙托粉、自凝牙托水准备48
• 3.3.4 其他实验工具及实验材料48-49
• 3.4 体外实验标本模型建立49-50
• 3.5 实验方法50-53
• 3.5.1 骨盆装夹及自凝牙托粉负重平面浇注50-51
• 3.5.2 加载与载荷检测51-53
• 3.5.3 形变数据采集53
• 3.6 结果与讨论53-57
• 3.6.1 骨盆标本骨盆环及椎弓根棒上关键节点的选取53-54
• 3.6.2 关键节点形变的测量结果54-56
• 3.6.3 讨论56-57
• 3.7 本章小结57-58
• 第四章 双足站立姿态下假体生物力学有限元仿真及有限元模型验证58-77
• 4.1 引言58
• 4.2 有限元方法简介58-61
• 4.2.1 有限元方法理论基础58-59
• 4.2.2 有限元分析流程59-60
• 4.2.3 应力分析理论基础60-61
• 4.3 三维模型建立61-62
• 4.4 有限元模型建立62-66
• 4.4.1 盆骨模型网格划分62-64
• 4.4.2 软骨及假体模型网格划分64-66
• 4.5 边界条件与加载条件66
• 4.5.1 边界条件66
• 4.5.2 加载条件66
• 4.6 有限元模型验证66-69
• 4.6.1 验证方法66-67
• 4.6.2 线性回归分析理论基础67-68
• 4.6.3 独立样本t检验理论基础68-69
• 4.7 结果与讨论69-76
• 4.7.1 有限元模型验证69-71
• 4.7.2 假体稳定性分析71-76
• 4.8 本章小结76-77
• 第五章 标准步态下可调式标准型半骨盆假体生物力学有限元仿真77-94
• 5.1 引言77
• 5.2 ABAQUS/Explicit显式非线性动态分析法77-79
• 5.3 三维模型建立79-80
• 5.3.1 股骨柄假体组件三维模型的建立79-80
• 5.3.2 重建骨盆三维模型建立80
• 5.4 有限元模型建立80-81
• 5.5 有限元模型验证81-82
• 5.5.1 验证方法81-82
• 5.5.2 验证用有限元模型的建立82
• 5.6 边界条件与加载条件82-84
• 5.6.1 边界条件83-84
• 5.6.2 加载条件84
• 5.7 结果与讨论84-93
• 5.7.1 有限元模型验证84-86
• 5.7.2 Von Mises应力86-89
• 5.7.3 假体部件89-91
• 5.7.4 最大主应力91-92
• 5.7.5 形变量92-93
• 5.8 本章小结93-94
• 第六章 上、下楼梯姿态下可调式标准型半骨盆假体生物力学有限元仿真94-107
• 6.1 引言94
• 6.2 有限元模型建立94
• 6.3 边界条件与加载条件94-95
• 6.3.1 边界条件94-95
• 6.3.2 加载条件95
• 6.4 数据采集方法95-96
• 6.5 结果与讨论96-106
• 6.5.1 骨盆全域von Mises应力及形变分析96-99
• 6.5.2 骨盆环von Mises应力及形变分析99-103
• 6.5.3 假体部件von Mises应力分析103-104
• 6.5.4 最大主应力向量分析104-106
• 6.6 本章小结106-107
• 第七章 结论与展望107-109
• 7.1 结论107-108
• 7.2 展望108-109
• 参考文献109-117
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文和专利117-119
• 作者在攻读硕士学位期间所参与的项目119-120
• 致谢120

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：911751