【摘要】：[目的]樞椎病灶切除后的重建一直是脊柱外科的難點(diǎn),目前仍缺乏合適假體進(jìn)行重建和固定。本研究嘗試應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及激光選區(qū)熔化金屬3D打印技術(shù)研制一種完全個(gè)性化設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)及逆向工程軟件進(jìn)行人工樞椎的設(shè)計(jì),根據(jù)置釘?shù)奈恢锰砑由舷伦倒?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(xué)有限元分析:CT掃描獲取正常成年上頸椎Dicom格式數(shù)據(jù),導(dǎo)入Mimics軟件,進(jìn)行三維重建,分離出C0-4模型,以STL格式導(dǎo)入Geomagic Studio 2013重建實(shí)體模型,以STEP格式導(dǎo)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(wǎng)重建固定的三維有限元模型,導(dǎo)人ANSYS 13.0有限元軟件進(jìn)行分析比較兩套內(nèi)固定系統(tǒng)的力學(xué)性能。(3)四種不同固定方式的一體化人工樞椎的力學(xué)有限元分析:同(2)的方法建立頸椎模型,模擬樞椎切除術(shù),根據(jù)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(cè)螺釘(A組),椎體上下位螺釘(B組),一側(cè)逆向椎弓根螺釘和一側(cè)椎體螺釘(C組),雙側(cè)逆向椎弓根螺釘(D組)。計(jì)算并評估C3椎體上螺釘?shù)膽?yīng)力和4種假體的位移。(4)新型一體化人工樞椎與異形鈦網(wǎng)重建的生物力學(xué)比較:新鮮人枕頸椎標(biāo)本6例,實(shí)施樞椎切除,對每具標(biāo)本分別進(jìn)行新型一體化人工樞椎重建固定及異形鈦網(wǎng)重建固定,比較6種工況下兩種內(nèi)固定方式的三維穩(wěn)定性。[結(jié)果](1)成功研制并3D打印出由寰椎側(cè)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(yīng)力值和最大位移值均小于異形鈦網(wǎng);除前屈狀態(tài)外,一體化人工樞椎對C3上終板的最大應(yīng)力值均低于異形鈦網(wǎng)。(3)前屈工況下,C3螺釘?shù)膽?yīng)力最大;最大應(yīng)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(biāo)本生物力學(xué)分析兩套模擬樞椎切除重建內(nèi)固定系統(tǒng)力學(xué)效能,最大活動(dòng)度均出現(xiàn)在后伸狀態(tài),新型一體化人工樞椎假體組在6個(gè)維度均優(yōu)于異形鈦網(wǎng)組。[結(jié)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(qiáng)度和穩(wěn)定性。(3)對比異形鈦網(wǎng),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(yīng)力。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318
【圖文】：

側(cè)寰枕關(guān)節(jié)，Ｃ１的楔形側(cè)塊則是遵循向外側(cè)分散的原則將重量再向下轉(zhuǎn)移到Ｃ２逡逑的兩個(gè)關(guān)節(jié)面上，Ｃ２椎體上的進(jìn)一步載荷由２個(gè)力學(xué)矢量變?yōu)椋茫玻辰缑嫔系模冲义蟼�(gè)力學(xué)矢量Ｕ］（圖１－１）。逡逑圖１－１邐寰樞椎的軸向應(yīng)力分布：寰樞椎復(fù)合體的２柱系統(tǒng)和Ｃ２－３復(fù)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(yīng)力的大小。短的黑色線條表示關(guān)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(nèi)部具有仿松質(zhì)骨微孔結(jié)構(gòu)，便于新逡逑生骨長入，使其實(shí)現(xiàn)可靠支撐的同時(shí)獲得更為理想的力學(xué)固定強(qiáng)度。新型一體逡逑化人工樞椎是由寰椎側(cè)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(shè)計(jì)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(shù)據(jù)，用Ｄｉｃｏｍ格式數(shù)據(jù)存逡逑盤；逡逑２、在Ｍｉｍｉｃｓ邋１６．邋０軟件中導(dǎo)入頸椎Ｄｉｃｏｍ格式數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存為ＳＴＬ格式數(shù)據(jù)后逡逑導(dǎo)入Ｇｅｏｍａｇｉｃ邋２０１３軟件中消除模型噪點(diǎn)，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(guān)節(jié)面，下終板等特征結(jié)構(gòu)，并獲得三維實(shí)體模型，以ＳＴＥＰ逡逑格式保存，數(shù)據(jù)保存后轉(zhuǎn)入ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ邋２０１３三維建模軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)；逡逑３、在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ邋２０１３軟件中根據(jù)頸椎模型的個(gè)性化輪廓，通過拉伸和切逡逑除指令建立與之相匹配的內(nèi)固定模型，在樞椎相應(yīng)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(shí)體復(fù)制，將原實(shí)體隱逡逑藏。該復(fù)制實(shí)體用來制作多孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，原模型則用以制作外殼，該操作逡逑便于后續(xù)的實(shí)體修改。此時(shí)需要將復(fù)制實(shí)體挖一條通道，可以植入人工骨，以逡逑促進(jìn)植骨區(qū)的生長修復(fù)。設(shè)計(jì)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(xiàn)】

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本文編號：2715311