發(fā)布時間：2020-04-01 07:53

【摘要】：個性化膝關(guān)節(jié)假體是近幾年隨著先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計理念的發(fā)展而興起的全新概念,目的是為患者提供具有個體特征的假體并對植入手術(shù)進(jìn)行個性化定制。但如何實(shí)現(xiàn)假體植入后的高度匹配的同時對患者正常屈膝運(yùn)動進(jìn)行重建是個性化膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計的關(guān)鍵問題。本文基于3D打印技術(shù)和逆向設(shè)計方法對膝關(guān)節(jié)假體的個性化設(shè)計方法進(jìn)行了探索和實(shí)踐,并通過模擬分析和假體植入實(shí)驗(yàn)對個性化設(shè)計方法的合理性進(jìn)行分析以及對不同設(shè)計方案的植入效果進(jìn)行了探索,本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1、膝關(guān)節(jié)假體的個性化設(shè)計原則和設(shè)計方法研究。通過對膝關(guān)節(jié)及假體的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析,本文確定了個性化設(shè)計的兩個主要原則:個性化膝關(guān)節(jié)假體首先應(yīng)具有較好的匹配性,這種匹配性不僅表現(xiàn)在假體的覆蓋上,也表現(xiàn)在假體的外形上;其次假體應(yīng)盡可能恢復(fù)患者正常且具有個體特性的屈膝運(yùn)動。假體的個性化設(shè)計應(yīng)該是逆向設(shè)計與正向設(shè)計相結(jié)合的設(shè)計過程。2、對膝關(guān)節(jié)假體的匹配性進(jìn)行了分析。本文在截骨面覆蓋率的概念下提出過覆蓋率和欠覆蓋率來衡量假體在截骨面上的匹配程度,同時提出假體重合度、過重合度和欠重合度來衡量股骨假體在外形上的匹配程度。通過計算機(jī)模擬假體植入實(shí)驗(yàn),測量和計算了商用膝關(guān)節(jié)假體和個性化膝關(guān)節(jié)假體的覆蓋率值和重合度值。結(jié)果顯示,個性化膝關(guān)節(jié)假體無論在截骨面上還是在外形上的匹配性均明顯優(yōu)于商用假體。3、個性化膝關(guān)節(jié)假體的尸體植入驗(yàn)證。采用金屬3D打印完成股骨假體和脛骨托進(jìn)的加工,采用非金屬3D打印完成脛骨墊片的加工,隨后將該套個性化膝關(guān)節(jié)假體在尸體標(biāo)本上進(jìn)行了植入實(shí)驗(yàn),術(shù)后假體匹配性好、下肢力線重建效果良好、屈膝運(yùn)動正常,從而驗(yàn)證了文中的設(shè)計和加工方法的合理性。4、屈膝運(yùn)動中股骨內(nèi)外翻、內(nèi)外旋運(yùn)動的重建效果分析。通過雙目視覺運(yùn)動分析設(shè)備,本文對不同脛股關(guān)節(jié)曲面設(shè)計方案的個性化膝關(guān)節(jié)假體植入后的屈膝運(yùn)動進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),內(nèi)外側(cè)非對稱式的脛股關(guān)節(jié)曲面能夠有效重建屈膝過程中的股骨內(nèi)外翻運(yùn)動,而無論是對稱式和非對稱式的脛股關(guān)節(jié)曲面設(shè)計均降低了股骨內(nèi)外旋的運(yùn)動幅度。
【圖文】：

夠維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定和限制膝關(guān)節(jié)過度收縮運(yùn)動，，而韌帶組織則可以對屈膝，膝關(guān)節(jié)又可以細(xì)分為脛股關(guān)節(jié)和髕外側(cè)脛股關(guān)節(jié)，內(nèi)外側(cè)脛股關(guān)節(jié)分別則是由髕骨和股骨滑車組成。特點(diǎn)股骨遠(yuǎn)端、脛骨近端和髕骨三部分同和約束，整個屈膝運(yùn)動的過程非常復(fù)接觸，髕骨沿著股骨滑車滑動，位置外側(cè)位移、傾斜和旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動[8]。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)節(jié)的使用要求也各有不同，因此是否需要恢復(fù)患者膝關(guān)節(jié)的原始形貌和運(yùn)動人們逐漸關(guān)注的問題。隨著先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)設(shè)計方法的出現(xiàn)，個性化的膝逐漸成為新的發(fā)展趨勢。不同于傳統(tǒng) TKA 手術(shù)根據(jù)患者膝關(guān)節(jié)尺寸挑選膝關(guān)節(jié)假體型號的方式，個性A 手術(shù)過程可以根據(jù)患者自身特點(diǎn)，如膝關(guān)節(jié)的尺寸和受損情況來定制手術(shù)方成假體的個性化設(shè)計和制造。金屬 3D 打印技術(shù)的發(fā)展為上述過程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。目前，Zimmer 公司在其使用較為廣泛的 NexGen 型假體的基礎(chǔ)上，推實(shí)現(xiàn)個性化定制的Persona膝關(guān)節(jié)假體，如圖1-8所示。ITOTAL假體是CONTO推出的基于金屬 3D 打印的個性化膝關(guān)節(jié)假體，如圖 1-9 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318.08;TP391.73

【參考文獻(xiàn)】

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1 薛U

本文編號：2610173