個性化多孔人工髁突假體優(yōu)化設計與生物力學分析
發(fā)布時間：2020-11-05 03:15
顳下頜關節(jié)位于人體頭顱部下頜骨髁突區(qū)域。顳下頜關節(jié)疾病嚴重的情況將對患者的開口、咀嚼等功能造成巨大的障礙,并伴隨疼痛,臨床上需要進行關節(jié)重建來修復。人工髁突假體置換作為治療手段之一,有較廣泛的臨床應用,效果良好。但是根據(jù)術后跟蹤隨訪數(shù)據(jù)顯示,有少部分患者因鈦板斷裂、螺釘松動等造成關節(jié)置換失敗,這與關節(jié)假體的種類、設計和材料等相關。所以一種固位力較好、“應力遮蔽”效應較小、長期穩(wěn)定性較好的人工髁突假體對于提高顳下頜關節(jié)置換的成功率具有重要意義。論文針對目前顳下頜關節(jié)假體的不足,以減小顳下頜關節(jié)假體和螺釘?shù)膽λ胶蛻�、及對下頜骨的“應力遮蔽”,提高關節(jié)假體固定的穩(wěn)定性為目標,進行個性化多孔人工髁突假體的優(yōu)化設計,包括固定板和髁突頭兩部分,并對設計的關節(jié)假體進行生物力學分析,最后完成基于SLM金屬3D打印的制備。(1)在重建的下頜骨三維模型和生物力學模型基礎上,利用拓撲優(yōu)化技術,設計了關節(jié)假體的固定板部分。并通過有限元方法進行應力比較,得到了四顆螺釘固定的最優(yōu)方案。結(jié)果顯示,優(yōu)化的固定板和螺釘最大應力分別比其它三顆螺釘固定方案下降了7%~21%、9%~49%。(2)針對髁突頭部分的設計,提出了一種具有非均勻晶胞密度且孔隙率可定制的多孔結(jié)構(gòu)設計方法,并基于髁突的骨密度分布特征,建立了具有非均勻密度的髁突頭晶胞模型。(3)為了進一步確定髁突頭晶胞的桿徑尺寸參數(shù),利用拓撲優(yōu)化技術和相對單元密度模型,計算出晶胞桿徑。并最終構(gòu)建了完整的個性化多孔人工髁突假體。(4)基于下頜骨生物力學模型,分析比較了三種咬合方式下,所設計的多孔關節(jié)假體和實心假體的生物力學性能。有限元分析結(jié)果顯示,多孔假體的平均最大應力(137MPa)比實心假體(263MPa)下降了48%,螺釘應力有較小下降。最后利用SLM金屬3D打印并結(jié)合后處理技術,得到了質(zhì)量較好的關節(jié)假體。
【學位單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH789
【部分圖文】：
第一章 緒 論1.1 引言顳下頜關節(jié)位于人體下頜骨和顴骨連接處，是人體重要的關節(jié)，如圖 1-1（a所示。顳下頜關節(jié)疾病是發(fā)病率較高的疾病，但大部分不需要進行手術甚至不要進行治療，只生發(fā)關節(jié)彈響或張口微微受限等輕微情況甚至沒有表現(xiàn)病癥。而又少部分發(fā)病較為嚴重，患者會出現(xiàn)不能張口和疼痛的癥狀，例如圖 1-1（所示顳下頜關節(jié)強直，髁突和關節(jié)窩連結(jié)在一起，下頜骨不能運動。這種情況需要截骨，然后通過關節(jié)重建進行治療。顳下頜關節(jié)重建方法包括自體骨移植牽引成骨、髁突假體置換和全關節(jié)假體置換等。其中髁突假體置換是重要的治手段，臨床應用較為成熟，具有較好的臨床效果。
圖 1-2 美國 Concepts 顳下頜關節(jié)假體[4] 1-2. Concepts temporomandibular joint prosthe（a） （（a）髖關節(jié)示意圖[5]（b）3D 打印髖關節(jié)置換部 (a) Hip joint diagram[5](b) Hip replacement com假體，髖關節(jié)假體近些年的研究已經(jīng)相當，如圖 1-3（a）所示。目前三維多孔結(jié)構(gòu)的（b）所示。而且多孔結(jié)構(gòu)能有效降低彈性
（a） （b）圖 1-3 （a）髖關節(jié)示意圖[5]（b）3D 打印髖關節(jié)置換部件[6]Figure 1-3. (a) Hip joint diagram[5](b) Hip replacement component[6]同樣是人工關節(jié)假體，髖關節(jié)假體近些年的研究已經(jīng)相當成熟。髖關節(jié)由股骨頭與髖臼相對構(gòu)成，如圖 1-3（a）所示。目前三維多孔結(jié)構(gòu)的髖關節(jié)假體已經(jīng)比較常見，如圖 1-3（b）所示。而且多孔結(jié)構(gòu)能有效降低彈性模量，從而減少因“應力遮擋”導致的骨吸收情況，可見三維多孔結(jié)構(gòu)的關節(jié)假體具有相當大的優(yōu)勢。近年來也有關于三維多孔結(jié)構(gòu)的髁突假體設計，例如將髁突頭部分設計成多孔結(jié)構(gòu)，能顯著降低“應力遮擋”[7]，但其研究還比較少，也沒有充分平衡生物學和生物力學性能。此外，雖然目前關節(jié)假體種類較多，但固定螺釘?shù)奈恢煤蛿?shù)量不同，因此固定效果也不同。為了提高假體的固位力和穩(wěn)定性，假體固定板部分的優(yōu)化設計和髁突頭多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)異設計都十分重要。1.2 研究背景及意義
【相似文獻】
本文編號：2871042
【學位單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH789
【部分圖文】：
第一章 緒 論1.1 引言顳下頜關節(jié)位于人體下頜骨和顴骨連接處，是人體重要的關節(jié)，如圖 1-1（a所示。顳下頜關節(jié)疾病是發(fā)病率較高的疾病，但大部分不需要進行手術甚至不要進行治療，只生發(fā)關節(jié)彈響或張口微微受限等輕微情況甚至沒有表現(xiàn)病癥。而又少部分發(fā)病較為嚴重，患者會出現(xiàn)不能張口和疼痛的癥狀，例如圖 1-1（所示顳下頜關節(jié)強直，髁突和關節(jié)窩連結(jié)在一起，下頜骨不能運動。這種情況需要截骨，然后通過關節(jié)重建進行治療。顳下頜關節(jié)重建方法包括自體骨移植牽引成骨、髁突假體置換和全關節(jié)假體置換等。其中髁突假體置換是重要的治手段，臨床應用較為成熟，具有較好的臨床效果。
圖 1-2 美國 Concepts 顳下頜關節(jié)假體[4] 1-2. Concepts temporomandibular joint prosthe（a） （（a）髖關節(jié)示意圖[5]（b）3D 打印髖關節(jié)置換部 (a) Hip joint diagram[5](b) Hip replacement com假體，髖關節(jié)假體近些年的研究已經(jīng)相當，如圖 1-3（a）所示。目前三維多孔結(jié)構(gòu)的（b）所示。而且多孔結(jié)構(gòu)能有效降低彈性
（a） （b）圖 1-3 （a）髖關節(jié)示意圖[5]（b）3D 打印髖關節(jié)置換部件[6]Figure 1-3. (a) Hip joint diagram[5](b) Hip replacement component[6]同樣是人工關節(jié)假體，髖關節(jié)假體近些年的研究已經(jīng)相當成熟。髖關節(jié)由股骨頭與髖臼相對構(gòu)成，如圖 1-3（a）所示。目前三維多孔結(jié)構(gòu)的髖關節(jié)假體已經(jīng)比較常見，如圖 1-3（b）所示。而且多孔結(jié)構(gòu)能有效降低彈性模量，從而減少因“應力遮擋”導致的骨吸收情況，可見三維多孔結(jié)構(gòu)的關節(jié)假體具有相當大的優(yōu)勢。近年來也有關于三維多孔結(jié)構(gòu)的髁突假體設計，例如將髁突頭部分設計成多孔結(jié)構(gòu)，能顯著降低“應力遮擋”[7]，但其研究還比較少，也沒有充分平衡生物學和生物力學性能。此外，雖然目前關節(jié)假體種類較多，但固定螺釘?shù)奈恢煤蛿?shù)量不同，因此固定效果也不同。為了提高假體的固位力和穩(wěn)定性，假體固定板部分的優(yōu)化設計和髁突頭多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)異設計都十分重要。1.2 研究背景及意義
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1 夏疆;個性化多孔人工髁突假體優(yōu)化設計與生物力學分析[D];浙江工業(yè)大學;2019年
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