【摘要】：[目的]樞椎病灶切除后的重建一直是脊柱外科的難點,目前仍缺乏合適假體進行重建和固定。本研究嘗試應用計算機輔助設計及激光選區(qū)熔化金屬3D打印技術研制一種完全個性化設計的人工假體,為樞椎腫瘤切除后的重建提供解決方案。[方法](1)新型一體化人工樞椎重建體的研制:采用計算機輔助設計技術及逆向工程軟件進行人工樞椎的設計,根據置釘的位置添加上下椎節(jié)的固定,形成一體化假體,采用醫(yī)用鈦合金粉末激光選區(qū)熔化成型。(2)新型一體化人工樞椎假體重建的力學有限元分析:CT掃描獲取正常成年上頸椎Dicom格式數據,導入Mimics軟件,進行三維重建,分離出C0-4模型,以STL格式導入Geomagic Studio 2013重建實體模型,以STEP格式導入Solidworks 2012建立模型,模擬樞椎切除,建立一體化人工樞椎及異形鈦網重建固定的三維有限元模型,導人ANSYS 13.0有限元軟件進行分析比較兩套內固定系統(tǒng)的力學性能。(3)四種不同固定方式的一體化人工樞椎的力學有限元分析:同(2)的方法建立頸椎模型,模擬樞椎切除術,根據C3椎體4種不同固定方式分別建立一體化人工樞椎重建的三維有限元模型:椎體左右側螺釘(A組),椎體上下位螺釘(B組),一側逆向椎弓根螺釘和一側椎體螺釘(C組),雙側逆向椎弓根螺釘(D組)。計算并評估C3椎體上螺釘的應力和4種假體的位移。(4)新型一體化人工樞椎與異形鈦網重建的生物力學比較:新鮮人枕頸椎標本6例,實施樞椎切除,對每具標本分別進行新型一體化人工樞椎重建固定及異形鈦網重建固定,比較6種工況下兩種內固定方式的三維穩(wěn)定性。[結果](1)成功研制并3D打印出由寰椎側塊螺釘、C3逆向椎弓根螺釘(或椎體釘)及樞椎假體組成的新型一體化人工樞椎。(2)在4種不同工況下,一體化人工樞椎假體的最大應力值和最大位移值均小于異形鈦網;除前屈狀態(tài)外,一體化人工樞椎對C3上終板的最大應力值均低于異形鈦網。(3)前屈工況下,C3螺釘的應力最大;最大應力值依次為A組D組C組B組;假體C2的最大位移值依次D組C組B組A組。(4)新鮮尸體標本生物力學分析兩套模擬樞椎切除重建內固定系統(tǒng)力學效能,最大活動度均出現在后伸狀態(tài),新型一體化人工樞椎假體組在6個維度均優(yōu)于異形鈦網組。[結論](1)成功研制出一種新型一體化人工樞椎。(2)通過有限元分析,新型一體化人工樞椎假體前路重建可提供足夠的固定強度和穩(wěn)定性。(3)對比異形鈦網,新型一體化人工樞椎假體具有更好的穩(wěn)定性和更低的應力。
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R318
【圖文】：

側寰枕關節(jié)，Ｃ１的楔形側塊則是遵循向外側分散的原則將重量再向下轉移到Ｃ２逡逑的兩個關節(jié)面上，Ｃ２椎體上的進一步載荷由２個力學矢量變?yōu)椋茫玻辰缑嫔系模冲义蟼�力學矢量Ｕ］（圖１－１）。逡逑圖１－１邐寰樞椎的軸向應力分布：寰樞椎復合體的２柱系統(tǒng)和Ｃ２－３復合體的３柱系統(tǒng)，紅逡逑線表示通過上頸椎的軸向力。線的寬度表示應力的大小。短的黑色線條表示關節(jié)面的輪廓。逡逑（引至邋Ｊｅｓｚｅｎｓｚｋｙ邋Ｄ，Ｆｅｋｅｔｅ邋Ｔ邋Ｆ，邋Ｍｅｌｃｈｅｒ邋Ｒ，邋ｅｔ邋ａｌ．邋Ｃ２邋ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ：邋ａｎｔｅｒｉｏｒ邋ｕｐｐｅｒ邋ｃｅｒｖｉｃａｌ邋ｆｉｘａｔｉｏｎ逡逑ｄｅｖｉｃｅ邋ｔｏ邋ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ邋ｔｈｅ邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｃｅｒｖｉｃａｌ邋ｖｅｒｔｅｂｒａｆＪ］．邋Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｓｐｉｎｅ邋Ｊｏｕｒｎａｌ

醫(yī)用鈦合金粉末通過激光選區(qū)熔化成型，內部具有仿松質骨微孔結構，便于新逡逑生骨長入，使其實現可靠支撐的同時獲得更為理想的力學固定強度。新型一體逡逑化人工樞椎是由寰椎側塊螺釘、Ｃ３逆向椎弓根螺釘（或椎體釘）及樞椎假體組逡逑成。逡逑１．３設計步驟及制定流程逡逑１、６４排螺旋ＣＴ掃描頸椎，獲取頸椎斷層的模型數據，用Ｄｉｃｏｍ格式數據存逡逑盤；逡逑２、在Ｍｉｍｉｃｓ邋１６．邋０軟件中導入頸椎Ｄｉｃｏｍ格式數據，儲存為ＳＴＬ格式數據后逡逑導入Ｇｅｏｍａｇｉｃ邋２０１３軟件中消除模型噪點，將樞椎齒突、椎板、椎弓等附件去除，逡逑保留樞椎椎體及上方關節(jié)面，下終板等特征結構，并獲得三維實體模型，以ＳＴＥＰ逡逑格式保存，數據保存后轉入ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ邋２０１３三維建模軟件中進行設計；逡逑３、在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ邋２０１３軟件中根據頸椎模型的個性化輪廓，通過拉伸和切逡逑除指令建立與之相匹配的內固定模型，在樞椎相應位置放置直徑１２ｒａｍ的圓，通逡逑過放樣特征，獲得假體主體形狀。（如圖１－３）將獲得的實體復制，將原實體隱逡逑藏。該復制實體用來制作多孔內部結構模型，原模型則用以制作外殼，該操作逡逑便于后續(xù)的實體修改。此時需要將復制實體挖一條通道，可以植入人工骨，以逡逑促進植骨區(qū)的生長修復。設計要求植入的人工骨能與上下頸椎骨面直接接觸，逡逑中間通道不能過大，故畫出如下草圖，使用放樣切除特征。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2715311