膝骨性關(guān)節(jié)炎是常見的老年病之一,其發(fā)病率隨著社會(huì)人口老齡化程度的加深而急劇上升,全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（Total Knee Arthoplasty TKA,）作為解決膝關(guān)節(jié)疾病的重要醫(yī)療手段,在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中受到高度重視。然而,假體植入后容易產(chǎn)生應(yīng)力遮擋（Stress Shielding）問題,引起假體松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)增高。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的發(fā)展,3D打印鈦合金孔隙支架作為一種新型結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用于骨科植入物。3D打印技術(shù)具有可控且精確的制造工藝,可以為患者提供個(gè)體化的植入物。鈦合金多孔植入物可通過調(diào)整孔隙率與人體骨骼的結(jié)構(gòu)相匹配,從而減小植入物的應(yīng)力遮擋效應(yīng);與此同時(shí),植入物表面有足夠的空間促進(jìn)骨組織生長,增強(qiáng)骨-假體界面的穩(wěn)定性。目前已有學(xué)者對頜骨、髖關(guān)節(jié)等部位引入3D打印鈦合金假體進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造,但借助有限元方法對膝關(guān)節(jié)假體進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析的研究相對較少。本文的主要內(nèi)容:基于MRI（Magnetic Resonance Imaging,MRI）影像建立了正常人體膝關(guān)節(jié)有限元模型,在人體運(yùn)動(dòng)學(xué)參考點(diǎn)施加1150N軸向壓縮載荷,并驗(yàn)證該模型的有效性;選用立方型、截面立方型、八面體柱型三種單元體分別建... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)

圖 2.1 將.dicom 格式醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Mimics 軟件1.1 骨性結(jié)構(gòu)的幾何模型骨組織區(qū)域在醫(yī)學(xué)掃描影像中非常清晰，易于建模；由于股骨遠(yuǎn)端、脛骨近端模方法相同，這里僅對膝關(guān)節(jié)模型中股骨遠(yuǎn)端的建模方法進(jìn)行敘述。第一步，在 Mimics 軟件中建立股骨遠(yuǎn)端幾何模型，步驟如下：1) 從膝關(guān)節(jié) MRI 影像中識別股骨區(qū)域。利用 Mimics 軟件的 Thresolding 閾值功能，調(diào)整股骨的灰度值范圍，直至像素點(diǎn)較多的呈現(xiàn)在股骨區(qū)域。2) 填充股骨蒙罩。通過 Edit masks > Draw 功能選用 5mm 的圓形光標(biāo)填充股骨中的空缺部分。3) 修剪股骨蒙罩。通過 Edit masks > Erase 功能選用 5mm 的圓形光標(biāo)尺寸擦除邊界，刪除不需要的部分。4) 精細(xì)修飾股骨蒙罩。通過 Edit masks > Draw 和 Erase 功能，選用 1mm 的圓

圖 2.2 Mimics 軟件建立股骨遠(yuǎn)端蒙罩及股骨遠(yuǎn)端幾何模型鑒于手動(dòng)分割股骨遠(yuǎn)端幾何模型精度較低，重新建立的股骨遠(yuǎn)端模型表面不光邊緣不整齊、存在曲面缺失或孔洞等問題，可能導(dǎo)致接下來的有限元數(shù)值計(jì)算而需要在Mimics軟件Remesh 9.9 界面和 Geomagic studio 軟件中對模型進(jìn)行還原遠(yuǎn)端股骨的真實(shí)幾何形態(tài)。第二步，將已建立的股骨遠(yuǎn)端模型進(jìn)行修復(fù)、光滑，相關(guān)步驟如下：1) 股骨遠(yuǎn)端幾何模型簡化。將三維重建后的幾何模型導(dǎo)入 Mimics > Remesh塊，Tools > Triangle Reduction > Normal 功能對三角形數(shù)目進(jìn)行簡化，不影面細(xì)節(jié)。2) 重新劃分面網(wǎng)格。在 Mimics > Remesh 9.9 模塊，Tools > Auto RemSplit-based Method 功能對模型進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格，質(zhì)量較差的網(wǎng)格顯示為利用 Delete Marked Triangles 操作將紅色網(wǎng)格刪除，再進(jìn)行局部重新劃分；

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]膝骨關(guān)節(jié)炎國內(nèi)外流行病學(xué)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 陸艷紅,石曉兵.  中國中醫(yī)骨傷科雜志. 2012(06)
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碩士論文
[1]脛骨假體的構(gòu)型與材料對脛骨骨重建行為影響的數(shù)值仿真研究[D]. 賈政斌.吉林大學(xué) 2017
[2]復(fù)合結(jié)構(gòu)多孔鈦合金支架設(shè)計(jì)及制作技術(shù)研究[D]. 王春曉.上海交通大學(xué) 2015



本文編號：3591332