目的:研究基于CT二維圖像和激光掃描逆向工程技術(shù),構(gòu)建膝關(guān)節(jié)股骨置換和人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的不同股骨前皮質(zhì)切跡模型,采用有限元分析方法探索在不同切跡深度下股骨前髁截面髁上的最大等效應(yīng)力變化,發(fā)現(xiàn)切跡的“安全深度”,為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后出現(xiàn)的股骨前皮質(zhì)切跡與髁上骨折發(fā)生是否具有關(guān)聯(lián)性提供生物力學(xué)證據(jù)。方法:1、選取1名正常健康的青年男性,對其進(jìn)行下肢螺旋CT掃描獲取2D圖像數(shù)據(jù),分別在Mimics、Geomagic、Solidworks中進(jìn)行處理,模擬正常成人的股骨模型。并采用德國Link公司的保留后交叉韌帶股骨假體,將實(shí)物假體進(jìn)行激光掃描,獲取假體點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)Geomagic軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,導(dǎo)入Solidworks中,對股骨進(jìn)行虛擬截骨和裝配,得出膝關(guān)節(jié)股骨置換三維模型。2、在構(gòu)建的股骨置換模型基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬創(chuàng)造不同切跡深度,導(dǎo)入有限元ANSYS軟件分析得出股骨前髁截面髁上的應(yīng)力云圖,并予以比較不同實(shí)驗(yàn)組和對照組中最大等效應(yīng)力變化情況。結(jié)果:1、本研究所構(gòu)建的膝關(guān)節(jié)股骨置換三維有限元模型結(jié)果與傳統(tǒng)的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)、回顧性臨床研究結(jié)果觀察對比,證實(shí)該模型的合理性、有效性。2、本研究經(jīng)三維有限元分析可知髁上的最大等效范式應(yīng)力與切跡深度具有直接關(guān)聯(lián)性,有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05),且隨著切跡的深度增加,局部的應(yīng)力集中現(xiàn)象越顯著,而切跡長度在本研究中對于髁上最大等效應(yīng)力沒有明確的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P0.05)。3、本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)切跡深度在皮質(zhì)與松質(zhì)骨交界時,可以出現(xiàn)應(yīng)力集中突變點(diǎn),當(dāng)松質(zhì)骨完全暴露時,局部最大等效應(yīng)力出現(xiàn)疊加現(xiàn)象。結(jié)論:1、當(dāng)膝關(guān)節(jié)股骨置換時股骨遠(yuǎn)端切跡處皮質(zhì)骨厚度≥3mm時,此時切跡發(fā)生的深度應(yīng)該避免超過3mm,這樣可減少髁上骨折發(fā)生的可能性。2、當(dāng)膝關(guān)節(jié)股骨置換時股骨遠(yuǎn)端切跡處皮質(zhì)骨厚度3mm時,此時切跡發(fā)生的深度應(yīng)該避免超過皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的交界區(qū),這樣可減少髁上骨折發(fā)生的可能性。
【學(xué)位單位】：遵義醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R687.4
【部分圖文】：

遵義醫(yī)學(xué)院碩士學(xué)位論文 周建骨外旋軸的確定、醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)、假體的選擇等，這都會影響假體的位置造成股前皮質(zhì)切跡的發(fā)生（如圖 1-1 所示），從而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后膝關(guān)節(jié)生物力的改變，這與假體壽命、假體松動的發(fā)生、髁上骨折的發(fā)生有著一定的關(guān)聯(lián)性[122]，而對于在臨床中產(chǎn)生的切跡包括切跡深度 H、切跡長度 L 都是隨機(jī)難以做準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)，因此本研究設(shè)置特定的 H、L 模型來進(jìn)行探索前皮質(zhì)切跡的“安深度”，從而為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后若出現(xiàn)股骨前皮質(zhì)切跡時對髁上部的骨折發(fā)關(guān)聯(lián)性提供一定的生物力學(xué)證據(jù)，指導(dǎo)臨床治療和術(shù)后康復(fù)，減少股骨髁上骨發(fā)生幾率。

圖 1-2 默認(rèn)閾值下顯示醫(yī)學(xué)二維 CT 圖像因人體不同的組織結(jié)構(gòu)對于 X 線的衰減率各不相同，而且每種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在圖像采集時存在燥聲、噪點(diǎn)、偽影等影響，并且 CT 掃描對于密度相近的組織分辨率較差而出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響后續(xù)的研究結(jié)果，并且皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的彈性模量、材料屬性完全不同，如果不予以區(qū)分必定影響結(jié)果，需要分別提取模擬再進(jìn)行組配成完整的股骨模型，因此需要確定適當(dāng)?shù)拈撝堤崛「信d趣的研究結(jié)構(gòu)。然而傳統(tǒng)的閾值分割（Thresholding）法對灰度值相差較大的可以有效分割，而密度相近的存在一定弊端。因此在該軟件的操作大體步驟如下：①、本研究采用剖面線的閾值分割方法（Profile line），建立 mask 區(qū)分骨骼和其他組織結(jié)構(gòu)（如圖 1-3 綠色為骨組織結(jié)構(gòu)）。②、利用裁剪蒙版（Crop masks）功能裁剪掉多余部分，分割出感興趣的骨皮質(zhì)區(qū)域結(jié)構(gòu)（如圖 1-4）。

遵義醫(yī)學(xué)院碩士學(xué)位論文 周建華型（如圖 1-6 黃色區(qū)域）、右下肢股骨皮質(zhì)骨 3D 模型（圖 1-7，紅色區(qū)域）、右下肢股骨松質(zhì)骨 3D 模型（圖 1-8 紫色區(qū)域）。上述經(jīng)過 mimics 軟件處理的模型并非是有限元分析的實(shí)體而只是片體殼狀結(jié)構(gòu)，不能準(zhǔn)確反映實(shí)體內(nèi)部的關(guān)系，需要進(jìn)一步導(dǎo)入 Geomagic studio 軟件擬合曲面重建模型，因此需分別將上述皮質(zhì)骨模型和松質(zhì)骨模型分別以 Stl 格式進(jìn)行導(dǎo)出保存，將三角面片轉(zhuǎn)化為 Nurbs 曲面擬合，這樣所得的模型還原度更高，準(zhǔn)確性更好，這可以在一定程度上反映骨骼的表面及其內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，形成一定的拓?fù)潢P(guān)系，為后續(xù)的假體裝配和裝配體的有限元分析打下嚴(yán)密的基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】

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1 張冠軍;魏嵬;曹立波;王俊霞;Yang King H.;;行人膝關(guān)節(jié)有限元模型的建立與驗(yàn)證[J];汽車工程;2014年09期

2 徐志才;胡廣洪;黃振宇;徐卿榮;;脛骨模型對膝關(guān)節(jié)有限元分析結(jié)果影響的探討[J];中國數(shù)字醫(yī)學(xué);2014年04期

3 朱昌榮;章瑩;郭曉澤;肖進(jìn);夏許可;;重建鋼板前置和上置固定鎖骨中段斜形骨折的有限元分析[J];中國臨床解剖學(xué)雜志;2013年01期

4 成思源;吳問霆;楊雪榮;張洪;張湘?zhèn)?;基于Geomagic Studio的快速曲面重建[J];現(xiàn)代制造工程;2011年01期

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1 朱忠林;膝關(guān)節(jié)三維運(yùn)動測量方法與應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2012年

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1 黃贊;全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)假體型號匹配的三維動態(tài)有限元生物力學(xué)研究[D];昆明醫(yī)科大學(xué);2015年

2 馬妮;個性化人工膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及其生物力學(xué)特性研究[D];清華大學(xué);2010年

本文編號：2836409