發(fā)布時(shí)間：2018-02-25 04:24

  本文關(guān)鍵詞： 股骨轉(zhuǎn)子間骨折 髓內(nèi)釘 愈合過(guò)程 數(shù)值模擬 電測(cè)實(shí)驗(yàn)　出處：《天津醫(yī)科大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目的:本課題綜合采用醫(yī)學(xué)圖像軟件Mimics、逆向工程軟件Geomagic Studio以及三維實(shí)體建模軟件Solidworks中建立有效的髓內(nèi)釘固定后的股骨轉(zhuǎn)子間骨折三維實(shí)體模型和有限元模型,通過(guò)大型三維有限元分析軟件ANSYS,對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算,獲得髓內(nèi)釘骨折模型在愈合過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng);分析骨折愈合后髓內(nèi)釘拆除后股骨應(yīng)力分布的特征,并與人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折電測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,為臨床應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)及指導(dǎo)意見(jiàn)。方法:首先采用3D打印與精密鑄造的方法制備高精度的人工股骨模型,并保證該股骨的材料特性與人體股骨最大程度的接近,用石膏等固定裝置將髓內(nèi)釘裝進(jìn)股骨模型后,取出髓內(nèi)釘,然后制造股骨轉(zhuǎn)子間骨折,再然后把髓內(nèi)釘與人工股骨進(jìn)行裝配,在相應(yīng)的位置貼應(yīng)變片,應(yīng)變片與靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行連接,然后在WDW—10微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)上進(jìn)行加載,即進(jìn)行人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折電測(cè)實(shí)驗(yàn),記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),整理分析數(shù)據(jù),做出載荷—微應(yīng)變數(shù)據(jù)圖;其次,把人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛼呙璩蒀T數(shù)據(jù),使用Mimics、Geomagic Studio、Solidworks軟件把掃描的CT數(shù)據(jù)建立成完整股骨三維實(shí)體模型,根據(jù)髓內(nèi)釘參數(shù)用Solidworks建立主釘、近端鎖釘、遠(yuǎn)端鎖釘?shù)娜S實(shí)體模型,并將股骨三維實(shí)體模型與髓內(nèi)釘三維實(shí)體模型進(jìn)行裝配,即將該人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型制備成3D有限元模型,另存為X_T格式文件,然后將此X_T格式文件導(dǎo)入ANSYS中,進(jìn)行布爾運(yùn)算,創(chuàng)建骨折片,賦予變化的材料參數(shù),模擬骨折的愈合過(guò)程,建立完整人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維有限元模型,依次進(jìn)行編號(hào),在設(shè)定單元屬性、邊界條件、材料屬性、劃分網(wǎng)格,按在骨折愈合過(guò)程中600N正常人緩慢行走雙足著地時(shí)模擬髖關(guān)節(jié)所承受的最大峰值數(shù)值,并且進(jìn)行加載和求解,分析獲得的骨髓內(nèi)釘模型的應(yīng)力及應(yīng)力分布特征、骨折線處的應(yīng)力變化、斷端間隙變化特征等,整理出貼應(yīng)變片位置的應(yīng)變數(shù)據(jù),并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)規(guī)律;另外主要通過(guò)對(duì)骨折片賦予不同的彈性模量來(lái)模擬愈合階段對(duì)人體股骨的生物力學(xué)影響,并通過(guò)用ANSYS單元生死功能來(lái)模擬撤釘后股骨的應(yīng)力分布規(guī)律,獲得人工股骨的應(yīng)力和應(yīng)變變化規(guī)律。結(jié)果:(1)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較顯示,數(shù)值模擬結(jié)果欲與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。(2)導(dǎo)致數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤差的原因可能是通過(guò)三維重建獲得的股骨實(shí)體模型有人為操作的原因,與實(shí)驗(yàn)的股骨模型有一些差別,此外數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的邊界條件可能也有一些差別。(3)完成了模擬股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折的愈合過(guò)程,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析,獲得了愈合過(guò)程測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)變片的應(yīng)變規(guī)律。結(jié)論:(1)制作了人工股骨轉(zhuǎn)子間骨折實(shí)體模型,模型包括,一個(gè)骨折片,一個(gè)骨折近端模型和一個(gè)骨折遠(yuǎn)端模型,以髓內(nèi)釘固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折模型,并在該模型上選取10個(gè)參考點(diǎn)貼應(yīng)變片,進(jìn)行了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型在生理載荷作用下的電測(cè)實(shí)驗(yàn),測(cè)得人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維實(shí)體模型的各部位的應(yīng)變數(shù)據(jù),得到了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折10個(gè)測(cè)點(diǎn)的分布規(guī)律。(2)根據(jù)人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折實(shí)體模型的CT掃描數(shù)據(jù),利用三維造型軟件Mimics完成了初期的點(diǎn)云處理,應(yīng)用逆向工程軟件Geomagic studio以及Solidworks軟件,成功的構(gòu)建出了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折三維實(shí)體模型。(3)在ANSYS數(shù)值模擬軟件中進(jìn)行了人工股骨髓內(nèi)釘轉(zhuǎn)子間骨折模型在生理載荷作用下的數(shù)值模擬分析,主要分析對(duì)位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響。對(duì)骨折片賦予不同的彈性模量模擬愈合過(guò)程,研究了骨折片愈合過(guò)程對(duì)人工股骨髓內(nèi)釘粗隆間骨折模型在生理荷載荷作用下的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響,數(shù)值模擬結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相吻合。(4)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,論證了實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)值模擬方法的正確性,為下一步進(jìn)行臨床髓內(nèi)釘固定股骨轉(zhuǎn)子間骨折的應(yīng)用提供生物力學(xué)依據(jù)及指導(dǎo)意見(jiàn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R683.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 范洪輝;李冬松;周振平;關(guān)繼奎;劉建國(guó);;不同骨質(zhì)密度下生物型及骨水泥型股骨假體置入后的三維有限元分析[J];中國(guó)骨與關(guān)節(jié)損傷雜志;2007年06期

2 姜華亮;華錦明;許新忠;牛文鑫;丁祖泉;;正常人膝關(guān)節(jié)三維有限元模型的建立[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版);2008年03期

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本文編號(hào)：1533015