本文關(guān)鍵詞：具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的CAD設(shè)計與制作研究

  更多相關(guān)文章： 人工骨 計算機輔助設(shè)計 有限元分析 生物活性玻璃 骨碎補

【摘要】：目的： 1.采用計算機輔助設(shè)計(CAD)、三維有限元分析(FEA)等方法,建立不同孔徑、孔間距、孔排列方式的人工骨三維數(shù)字化模型,探討不同間孔結(jié)構(gòu)人工骨模型的力學性能,篩選出具有最佳力學性能的間孔結(jié)構(gòu)； 2.使用增量制造技術(shù)(RP)中的立體光固化工藝,制作出具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的光敏樹脂陰模模型,并采用真空灌注、高溫燒結(jié)等方式制作出具有間孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃人工骨及含有中藥骨碎補的載藥人工骨,為臨床修復(fù)大段骨缺損提供新的研究基礎(chǔ)； 3.采用具有間孔結(jié)構(gòu)的骨缺損修復(fù)體,修復(fù)腫瘤切除后遺留的大段骨缺損,觀察并評估修復(fù)效果,討論計算機輔助設(shè)計制作具有間孔結(jié)構(gòu)的骨修復(fù)體在臨床中的應(yīng)用價值。 方法： 1.使用計算機輔助設(shè)計軟件UGS NX7.5建立骨管模型及骨板數(shù)字化模型,并模擬6種不同孔徑、各5種不同孔間距均勻平行排列的間孔結(jié)構(gòu)及均勻交錯排列的間孔結(jié)構(gòu),使用有限元分析軟件ABAQUS6.11,導(dǎo)入骨管及骨板數(shù)字化模型,適當網(wǎng)格劃分后加載生理載荷進行有限元分析,記錄各模型的最大von mises應(yīng)力,使用正常人股骨縱向壓縮的屈服應(yīng)力作為評價標準,篩選出最佳的孔徑、孔間距及排列方式； 2.采用計算機輔助設(shè)計具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的陰模模型,使用增量制造技術(shù)中的立體光固化工藝,以光敏樹脂為原料制作出陰模實體模型,使用硝酸鈣、磷酸三乙酯等無機鹽為原料以熔融法制作生物活性玻璃粉體,制成漿料后真空灌入人工骨陰模模型內(nèi),高溫燒結(jié)制作出具有特定間孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃人工骨,或在漿料中混合中藥骨碎補的水提取液后制作出載藥人工骨； 3.回顧性研究腫瘤切除術(shù)后遺留大段骨缺損的患者1例,術(shù)前采用計算機輔助技術(shù),將CT/MRI掃描獲取的二維圖像數(shù)據(jù)進行三維重建,分析確定腫瘤的切除范圍、CAD設(shè)計制作腫瘤切除引導(dǎo)模板、異體骨修剪模板、計算機模擬骨缺損修復(fù)重建,術(shù)中按照輔助模板的引導(dǎo),精確進行腫瘤的切除、具有間孔結(jié)構(gòu)修復(fù)體的制作以及骨缺損的修復(fù),術(shù)后對患者進行臨床觀察、影像學評價及功能評價。 結(jié)果： 1.根據(jù)既定評價標準,對于骨管模型篩選出的最佳力學性能“孔徑／孔間距”配對為："4.5mm/3.6mm"、"4.0mm/3.2mm"、"3.5mm/2.8mm"、"3.0mm/2.4mm","2.5mm/2.0mm","2.0mm/1.6mm",孔間距為0.8倍的孔徑大小,觀察應(yīng)力云圖分布發(fā)現(xiàn),應(yīng)力集中現(xiàn)象均發(fā)生在內(nèi)層皮質(zhì)兩孔相鄰處,各模型最大vonmises應(yīng)力點均出現(xiàn)在該區(qū)域；對于骨板模型,最佳力學性能“孔徑/孔間距”配對為："4.5mm/1.8mm","4.0mm/1.6mm"."3.5mm/1.4mm"、"3.0mm/1.2mm""2.5mm/1.0mm","2.0mm/0.8mm",孔間距為0.4倍的孔徑大小,觀察應(yīng)力云圖發(fā)現(xiàn),應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生在橫向兩孔相鄰的骨質(zhì)薄弱處。對于同種孔徑、孔間距條件下,均勻交錯間孔結(jié)構(gòu)的力學性能優(yōu)于均勻平行間孔結(jié)構(gòu)。 2.采用RP技術(shù)精確的制作出了間孔結(jié)構(gòu)人工骨陰模；采用真空灌注、高溫燒結(jié)等工藝,以鈣鹽、磷鹽、硅酸鹽等無機鹽為原料制作出了孔隙率高、連通性能好的具有間孔結(jié)構(gòu)的生物活性玻璃人工骨,經(jīng)XRD、FTIR、SEM等分析證實,制作出的人工骨為生物活性玻璃成分； 3.患者按照術(shù)前預(yù)先的設(shè)計,精確、順利的完成了腫瘤切除、骨缺損重建,術(shù)后X-ray檢查提示修復(fù)效果滿意,術(shù)后3個月異體骨和宿主骨交界區(qū)開始出現(xiàn)骨痂,術(shù)后12個月未出現(xiàn)明顯的異體骨吸收,術(shù)后3個月、6個月、12個月的Enneking評分分別為14分、24分、26分,組織學檢查發(fā)現(xiàn)交界區(qū)有骨質(zhì)融合。 結(jié)論： 1.具有一定間孔結(jié)構(gòu)的骨管或骨板模型,其力學強度仍可以滿足生理需求,均勻交錯間孔結(jié)構(gòu)的力學性能優(yōu)于均勻平行間孔結(jié)構(gòu),對于大段的長管骨骨缺損修復(fù)體,推薦的間孔結(jié)構(gòu)為均勻交錯排列,相鄰兩孔的間距為0.8倍的孔徑最佳,對與板狀骨的骨缺損修復(fù)體,推薦以0.4倍的孔徑設(shè)計孔間距。 2.采用CAD/CAM技術(shù)、RP技術(shù)、真空灌注、高溫燒結(jié)可以制作任意精細形狀的人工骨及載藥人工骨,且人工骨內(nèi)部的孔隙率高、連通性好,可以用于大段骨缺損的個性化精確修復(fù)； 3.采用具有間孔結(jié)構(gòu)的骨缺損修復(fù)體,可以促進新骨形成以及交界區(qū)的融合,并且可以明顯減少異體骨的吸收。
【關(guān)鍵詞】：人工骨 計算機輔助設(shè)計 有限元分析 生物活性玻璃 骨碎補
【學位授予單位】：廣州中醫(yī)藥大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08;TP391.72
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目錄8-10
• 引言10-12
• 第一部分 具有間孔結(jié)構(gòu)骨管/骨板模型的有限元分析12-22
• 1.1 前言12
• 1.2 實驗材料12
• 1.3 實驗方法12-16
• 1.3.1 建立骨管模型并模擬設(shè)計間孔結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.2 建立骨板模型并模擬設(shè)計間孔結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.3 有限元分析15-16
• 1.3.4 評價標準16
• 1.4 結(jié)果16-18
• 1.5 討論18-22
• 1.5.1 關(guān)于臨床大段骨缺損的重建方法18-19
• 1.5.2 關(guān)于有限元分析方法的應(yīng)用及參數(shù)設(shè)置19
• 1.5.3 鉆孔參數(shù)選擇的分析19-22
• 第二部分 具有間孔結(jié)構(gòu)生物活性玻璃人工骨的制作22-32
• 2.1 前言22-23
• 2.2 實驗材料23
• 2.3 實驗方法23-26
• 2.3.1 采用CAD軟件設(shè)計具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的陰模23-24
• 2.3.2 采用增量制造技術(shù)制作具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的陰模24-25
• 2.3.3 熔融法制備45S5生物活性玻璃粉體25
• 2.3.4 生物活性玻璃人工骨的制備25
• 2.3.5 復(fù)合中藥骨碎補的生物活性玻璃人工骨的制備25-26
• 2.3.6 具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的性能表征26
• 2.4 結(jié)果26-29
• 2.4.1 具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨陰模的光敏樹脂模型26
• 2.4.2 生物活性玻璃制作具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨26-27
• 2.4.3 具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的化學成分組成分析27-28
• 2.4.4 具有間孔結(jié)構(gòu)人工骨的結(jié)構(gòu)觀察28-29
• 2.5 討論29-32
• 2.5.1 增量制造技術(shù)29-30
• 2.5.2 人工骨修復(fù)骨缺損30
• 2.5.3 載藥人工骨的研究30-32
• 第三部分 計算機輔助設(shè)計制作具有間孔結(jié)構(gòu)骨缺損修復(fù)體的臨床應(yīng)用32-39
• 3.1 前言32
• 3.2 材料與方法32-36
• 3.2.1 臨床資料32-33
• 3.2.2 術(shù)前準備33-34
• 3.2.3 手術(shù)方法34-35
• 3.2.4 術(shù)后處理35
• 3.2.5 效果評價35-36
• 3.3 結(jié)果36-37
• 3.3.1 一般情況36
• 3.3.2 效果評價36
• 3.3.3 組織學檢查36-37
• 3.4 討論37-39
• 3.4.1 計算機輔助技術(shù)在骨科手術(shù)中的應(yīng)用37
• 3.4.2 具有間孔結(jié)構(gòu)骨修復(fù)體的應(yīng)用37-39
• 結(jié)語39-40
• 參考文獻40-44
• 附錄一44-46
• 附錄二 骨缺損的治療研宄進展46-56
• 參考文獻53-56
• 參與科研情況56-57
• 致謝57

【參考文獻】

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本文編號：856540