本文關(guān)鍵詞：人工椎體非融合技術(shù)的實現(xiàn)及其有限元分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目的:(1)在框架式人工椎體的基礎(chǔ)上,通過對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),實現(xiàn)脊柱功能單位的萬向運動、減震功能,即實現(xiàn)人工椎體的非融合技術(shù)。(2)通過逆向工程技術(shù),應(yīng)用計算機(jī)軟件建立非融合技術(shù)人工椎體置換的三維有限元模型,并進(jìn)行有限元力學(xué)分析,檢測非融合技術(shù)人工椎體的生物力學(xué)合理性。方法:(1)采集成年健康志愿者腰椎負(fù)重及非負(fù)重位X線片,在側(cè)位X線片上測量腰椎間盤的高度,以及椎體節(jié)段的高度、椎體的前后徑;在正位X線片上測量椎體橫徑。依據(jù)測量所得數(shù)據(jù),對既往的框架式人工椎體進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計改進(jìn)。經(jīng)過反復(fù)改進(jìn)及測試,最終選擇60~80邵氏硬度的硅膠作為人工椎間盤的替代物,來實現(xiàn)脊柱功能單位的萬向運動、減震功能,并把硅膠間盤與上下托板、立柱的連接方式設(shè)計為“鑲嵌式”。根據(jù)椎體大小的不同,將間盤、立柱、托板設(shè)計為大小不同的規(guī)格。(2)采集成年健康志愿者胸腰段椎體CT圖像數(shù)據(jù)。將采集所得的CT圖像數(shù)據(jù)以DICOM格式,直接導(dǎo)入Mimics軟件。應(yīng)用Mimics軟件強(qiáng)大的圖像處理功能,對椎體組織進(jìn)行提取,通過填充、去除噪點對胸11、胸12及腰1椎體進(jìn)行處理,然后計算其相應(yīng)的三維模型,在Mimics中對三維模型優(yōu)化后,以point cloud模式保存為“*.txt”格式。然后將其導(dǎo)入Geomagic Studio軟件,進(jìn)行模型成體處理。首先,在點云階段進(jìn)行處理,通過去除無關(guān)點、噪音,以及統(tǒng)一采樣處理,然后進(jìn)行封裝,即利用三角形面片將點云連接起來。其次,在多邊形階段用網(wǎng)格醫(yī)生刪除高度折射邊、自相交邊、非流行邊等,利用填充功能將模型填充好,利用松弛和砂紙兩個功能對模型進(jìn)行簡化處理后,再對模型進(jìn)行曲面化處理,生成NURBS屈面,并通過松弛屈面片和編輯曲面片,將三維模型進(jìn)一步優(yōu)化。最后,通過擬合操作生成椎體的三維實體模型,以IGES格式導(dǎo)出并保存。在Proe/Engineer軟件中,對生成的胸11、腰1椎體三維模型與設(shè)計的非融合技術(shù)人工椎體進(jìn)行組裝,即建立非融合技術(shù)人工椎體置換的三維實體模型。依“*.stp”導(dǎo)入到Ansys Workbench軟件,通過其前處理模塊建立非融合技術(shù)人工椎體置換的三維有限元模型。約束模型的腰1椎體底部,設(shè)置垂直正壓載荷500N、800N,施加于胸11椎體頂面。結(jié)果:(1)非融合技術(shù)人工椎體由兩件托板、兩件硅膠間盤、一件立柱等部分組成。托板為圓形,椎管側(cè)弧形凹陷,與人椎體終板匹配,中間為橢圓形突起,側(cè)方為突起的側(cè)塊,側(cè)塊大小2×2cm,其上設(shè)計兩處鎖定螺釘孔,在將非融合技術(shù)人工椎體植入人體后,側(cè)塊安裝螺釘起到早期、臨時固定作用。根據(jù)人椎體直徑數(shù)據(jù),按直徑大小不同,將非融合技術(shù)人工椎體托板設(shè)計為1~5型號。硅膠厚度為5mm,設(shè)計為兩端“鑲嵌式”結(jié)構(gòu),按照托板相應(yīng)直徑亦有1~5型號大小不同之分。立柱的兩端與托板結(jié)構(gòu)相類似,中間圓柱體的直徑為12mm,每一直徑型號的托板均對應(yīng)高度為20~40mm不等的5種型號立柱。(2)通過逆向工程技術(shù)建立胸11、胸12、腰1椎體實體模型。在Proe/Engineer軟件下建立胸12椎體置換的三維實體模型。應(yīng)用Ansys Workbench的前處理模塊建立非融合技術(shù)人工椎體置換的三維有限元模型。在分別加載500N、800N正壓載荷時,硅膠間盤的最大應(yīng)力集中在中部及后側(cè)邊緣,置換模型的最大應(yīng)力集中在上托板的后側(cè),變形最大發(fā)生在后側(cè)邊緣。結(jié)論:(1)對框架式人工椎體進(jìn)行改進(jìn),應(yīng)用60~80邵氏硬度的硅膠作為間盤,通過鑲嵌式固定,與鈦合金所制的終板及立柱能夠組裝成一套完整的非融合技術(shù)人工椎體。其在空間結(jié)構(gòu)上能夠起到填充、支撐的作用,在運動功能上能夠?qū)崿F(xiàn)脊柱的萬向運動及減震功能。(2)應(yīng)用工程技術(shù)的原理和現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對非融合技術(shù)人工椎體置換的三維有限元模型的建立。在正壓加載下,硅膠間盤及假體變形、應(yīng)力變化情況與正常生理間盤、椎體接近。
【關(guān)鍵詞】：脊柱 人工椎體 非融合技術(shù) 有限元建模
【學(xué)位授予單位】：天津醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R687.3
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 縮略語/符號說明11-12
• 前言12-15
• 研究現(xiàn)狀、成果12-14
• 研究目的、方法14-15
• 一、非融合技術(shù)人工椎體的設(shè)計15-39
• 1.1 對象和方法15-24
• 1.1.1 框架式人工椎體15-17
• 1.1.2 腰椎測量17-20
• 1.1.3 非融合技術(shù)的實現(xiàn)20-24
• 1.2 結(jié)果24-25
• 1.3 討論25-38
• 1.3.1 人工椎體的發(fā)展26
• 1.3.2 人工椎體的分類26-27
• 1.3.3 人工椎體的應(yīng)用27-29
• 1.3.4 人工椎體的并發(fā)癥29-31
• 1.3.5 目前臨床應(yīng)用的脊柱非融合技術(shù)31-36
• 1.3.6 人工椎體發(fā)展展望36-38
• 1.4 小結(jié)38-39
• 二、非融合技術(shù)人工椎體置換的有限元模型的建立39-57
• 2.1 相關(guān)應(yīng)用軟件介紹40-41
• 2.1.1 Mimics軟件40
• 2.1.2 Geomagic Studio軟件40-41
• 2.1.3 Pro/Engineer軟件41
• 2.1.4 Ansys Workbench軟件41
• 2.2 標(biāo)準(zhǔn)成年人胸腰段椎體三維有限元模型的建立41-54
• 2.2.1 實驗材料41-42
• 2.2.2 實驗方法42-54
• 2.3 討論54-56
• 2.4 小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-68
• 綜述 人工椎體的研究進(jìn)展68-87
• 綜述參考文獻(xiàn)80-87
• 致謝87

  本文關(guān)鍵詞：人工椎體非融合技術(shù)的實現(xiàn)及其有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：271482