踝關(guān)節(jié)功能的正常與否大大影響了人體正常生命活動(dòng)的質(zhì)量。全踝關(guān)節(jié)置換術(shù)對(duì)于需要進(jìn)行脛距關(guān)節(jié)融合術(shù)的病患來說是另一個(gè)較為可行的方案,它可以顯著緩解關(guān)節(jié)損傷造成的疼痛,改善步態(tài)、恢復(fù)踝關(guān)節(jié)正常功能,并且有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。然而經(jīng)歷了三代假體的研發(fā)與改進(jìn),其手術(shù)成功率和存活率雖有了顯著的提高,相較成熟的全髖關(guān)節(jié)置換術(shù),人工踝關(guān)節(jié)的存活率仍然處于一個(gè)較低的水平。其失效包括假體松動(dòng)脫位、感染和疼痛等。其原因可由關(guān)節(jié)面重建后接觸方式與限位發(fā)生改變及假體固定方式不當(dāng)造成。因此研究新型人工踝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)理論和方法是踝關(guān)節(jié)置換研究領(lǐng)域亟需開展的重要課題之一。本研究首先分析了踝關(guān)節(jié)數(shù)字測(cè)量的重要參數(shù)及基準(zhǔn),根據(jù)基準(zhǔn)要求建立了測(cè)量坐標(biāo)系,進(jìn)而對(duì)活體足踝CT掃描姿態(tài)提出限定要求。為了滿足限定足踝的掃描姿態(tài),設(shè)計(jì)了一臺(tái)足踝姿態(tài)控制和加載裝置,實(shí)現(xiàn)了掃描足踝姿態(tài)的控制和足底加載控制,為足踝解剖參數(shù)的精確數(shù)字測(cè)量提供了保證。對(duì)18例足踝CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行三維幾何建模和30個(gè)解剖參數(shù)的測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明對(duì)于參考平面差異較敏感的參數(shù),其數(shù)據(jù)間離散程度較大,獨(dú)立性較強(qiáng)的脛骨截面內(nèi)切圓半徑等的統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為符合統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律,其測(cè)量數(shù)據(jù)為人工踝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐�；�3D打印技術(shù)和踝關(guān)節(jié)解剖參數(shù)數(shù)字測(cè)量結(jié)果設(shè)計(jì)踝關(guān)節(jié)假體關(guān)節(jié)面部分、關(guān)節(jié)截骨量以及固定端尺寸與形狀,實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)假體置換的幾何仿真。建立了脛骨-距骨-足的三維幾何模型和三維有限元模型,通過對(duì)比分析驗(yàn)證了有限元模型的有效性,計(jì)算分析了所設(shè)計(jì)踝關(guān)節(jié)假體的生物力學(xué)行為特性,根據(jù)分析結(jié)果提出進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路。研究結(jié)果為新一代人工踝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和方法。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：R318.17;TP391.73
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景與研究意義
    1.2 國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀
        1.2.1 人體及踝關(guān)節(jié)的數(shù)字測(cè)量
        1.2.2 有限元分析法的運(yùn)用
        1.2.3 人工踝關(guān)節(jié)假體的發(fā)展
        1.2.4 人工踝關(guān)節(jié)假體的研究現(xiàn)狀
    1.3 本課題主要研究內(nèi)容
    1.4 本章小結(jié)
第二章 人體足踝解剖學(xué)結(jié)構(gòu)與數(shù)字測(cè)量
    2.1 概述
    2.2 足踝系統(tǒng)的功能解剖學(xué)
        2.2.1 骨骼
        2.2.2 關(guān)節(jié)
        2.2.3 韌帶
        2.2.4 足底軟組織
    2.3 足踝醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)采集
        2.3.1 CT掃描方法與固定
        2.3.2 圖像分割與足踝三維系統(tǒng)重建
        2.3.3 解剖學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法
    2.4 統(tǒng)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)處理
    2.5 本章小結(jié)
第三章 人體足踝有限元靜態(tài)模型的建立與驗(yàn)證
    3.1 概述
    3.2 足踝骨骼、韌帶、足底軟組織三維實(shí)體建模
        3.2.1 人體踝關(guān)節(jié)骨骼數(shù)字模型生成
        3.2.2 基于HYPERMESH的網(wǎng)格生成
    3.3 足踝有限元模型材料屬性的選擇
    3.4 載荷、邊界條件與約束
    3.5 仿真結(jié)果的對(duì)比與論證
    3.6 本章小結(jié)
第四章 人工踝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)建模及仿真
    4.1 假體的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與理論
    4.2 人工踝關(guān)節(jié)假體建模及參數(shù)確定
    4.3 人工踝關(guān)節(jié)系統(tǒng)的力學(xué)分析及仿真
    4.4 本章總結(jié)
第五章 全文總結(jié)與研究展望
    5.1 主要工作與結(jié)論
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
附錄1
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間成果

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