發(fā)布時(shí)間：2017-09-21 00:36

  本文關(guān)鍵詞：腫瘤膝關(guān)節(jié)置換后人體下肢生物力學(xué)響應(yīng)分析

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【摘要】：骨肉瘤是起源于成骨組織的惡性腫瘤,好發(fā)于具有重要生物力學(xué)功能且最復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)周圍,尤其是股骨遠(yuǎn)端最常見。人工假體置換在對(duì)肢體惡性骨腫瘤治療的保肢重建中受到國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)專家的認(rèn)可。但人工假體置換后股骨前側(cè)骨皮質(zhì)穿破損傷對(duì)膝關(guān)節(jié)功能影響很大卻鮮有此問題的研究分析。因此,對(duì)腫瘤膝關(guān)節(jié)置換后股骨-假體-脛骨復(fù)合體生物力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究分析具有重要的意義。本文基于股骨遠(yuǎn)端骨肉瘤行瘤段切除腫瘤膝關(guān)節(jié)置換后的雙下肢CT掃描數(shù)據(jù)及相應(yīng)的腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體建立其患者的股骨-假體-脛骨有限元模型。并且采用逆向工程軟件進(jìn)一步進(jìn)行松弛和平滑處理,使其更接近實(shí)際狀態(tài),并進(jìn)行相關(guān)有效性驗(yàn)證。其次,本文模型中股骨與假體髓針之間填充了具有自凝特性的生物材料醫(yī)用骨水泥,本文選用醫(yī)院常用的聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥進(jìn)行壓縮試驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)得到骨水泥相應(yīng)的材料參數(shù),應(yīng)用于進(jìn)一步的研究分析。最后,研究腫瘤型鉸鏈?zhǔn)较リP(guān)節(jié)置換術(shù)后股骨-假體-脛骨復(fù)合體在人體站立狀態(tài)下以及步態(tài)加載中膝關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)下的生物力學(xué)響應(yīng),進(jìn)一步分析其股骨-假體-脛骨復(fù)合體的應(yīng)力分布及應(yīng)力遮擋現(xiàn)象,探討病人術(shù)后發(fā)生股骨穿孔的原因,為腫瘤型鉸鏈?zhǔn)饺斯はリP(guān)節(jié)假體的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造提供理論基礎(chǔ)。在站立加載狀態(tài)下,相對(duì)脛骨,股骨的應(yīng)力明顯更大且集中分布趨勢(shì)顯著,股骨干前1/3區(qū)域應(yīng)力較大,呈現(xiàn)應(yīng)力遮擋效應(yīng),同時(shí)比較了有無骨水泥填充的情況,分析股骨應(yīng)力集中現(xiàn)象在無骨水泥填充情況下更加明顯。在步態(tài)過程中,考慮肌肉力的影響,反求人體步態(tài)加載條件,在膝關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)下,分析了三種不同屈曲角度下股骨的應(yīng)力分布情況。由于模型基于臨床病人幾何及骨質(zhì)特征建立,其應(yīng)力分布圖顯示股骨應(yīng)力集中位置與臨床中病人股骨穿孔位置接近,表明可能發(fā)生與病人病癥一致的股骨損傷行為。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于避免病人術(shù)后骨損傷現(xiàn)象的發(fā)生具有實(shí)際意義,并且同時(shí)對(duì)腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的參考借鑒作用,具有較大的工程意義。
【關(guān)鍵詞】：腫瘤型膝關(guān)節(jié)置換 生物力學(xué)響應(yīng) 骨水泥 步態(tài)分析 應(yīng)力分布 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R738;R318.01
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究方法及意義11-12
• 1.2 膝關(guān)節(jié)功能解剖學(xué)12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外醫(yī)用生物力學(xué)相關(guān)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14
• 1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 有限元法在生物力學(xué)中的應(yīng)用15-16
• 1.4 國(guó)內(nèi)外膝關(guān)節(jié)置換生物力學(xué)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.1 國(guó)內(nèi)外膝關(guān)節(jié)骨腫瘤置換術(shù)現(xiàn)狀16
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)外膝關(guān)節(jié)模型發(fā)展概況16-17
• 1.4.3 腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 特定人體股骨-脛骨有限元模型建立及驗(yàn)證20-31
• 2.1 醫(yī)學(xué)建模原理以及逆向工程建模原理20-22
• 2.1.1 醫(yī)學(xué)建模原理20-21
• 2.1.2 逆向工程建模原理21-22
• 2.2 股骨-脛骨幾何模型的建立22-26
• 2.2.1 CT掃描數(shù)據(jù)的獲取22-23
• 2.2.2 股骨-脛骨幾何數(shù)據(jù)建模23-25
• 2.2.3 股骨-脛骨幾何模型后處理25-26
• 2.3 股骨-脛骨有限元模型建立26-29
• 2.3.1 股骨-脛骨有限元網(wǎng)格劃分26-27
• 2.3.2 股骨-脛骨有限元模型建立27-29
• 2.4 股骨-脛骨有限元模型有效性驗(yàn)證29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 腫瘤膝關(guān)節(jié)假體建模及評(píng)估31-42
• 3.1 膝關(guān)節(jié)假體三維掃描實(shí)驗(yàn)31-36
• 3.1.1 三維掃描技術(shù)原理31-32
• 3.1.2 腫瘤型膝關(guān)節(jié)假體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介32-33
• 3.1.3 膝關(guān)節(jié)假體幾何數(shù)據(jù)獲取33-35
• 3.1.4 膝關(guān)節(jié)假體幾何數(shù)據(jù)處理35-36
• 3.2 膝關(guān)節(jié)假體有限元模型的建立36-38
• 3.2.1 膝關(guān)節(jié)假體有限元模型的網(wǎng)格劃分37-38
• 3.2.2 膝關(guān)節(jié)假體有限元材料模型建立38
• 3.3 膝關(guān)節(jié)假體模型有效評(píng)估38-41
• 3.3.1 優(yōu)化算法原理39
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取39
• 3.3.3 全因子試驗(yàn)39-40
• 3.3.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程及評(píng)估分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 活性骨水泥力學(xué)性能試驗(yàn)與分析42-48
• 4.1 骨水泥壓縮試樣的制備42-43
• 4.2 骨水泥壓縮試驗(yàn)43-45
• 4.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備43-44
• 4.2.2 骨水泥壓縮試驗(yàn)44-45
• 4.3 骨水泥壓縮試驗(yàn)仿真驗(yàn)證45-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第5章 站立狀態(tài)下復(fù)合體模型生物力學(xué)響應(yīng)分析48-55
• 5.1 股骨-假體-脛骨復(fù)合體模型建立48-49
• 5.2 人體站姿下模型靜力學(xué)響應(yīng)分析49-52
• 5.2.1 股骨-脛骨模型應(yīng)力分析49-50
• 5.2.2 腫瘤膝關(guān)節(jié)假體柄應(yīng)力分析50-51
• 5.2.3 改變假體柄長(zhǎng)度及曲率分析股骨應(yīng)力分布51-52
• 5.3 膝關(guān)節(jié)彎曲 30°狀態(tài)下模型力學(xué)響應(yīng)分析52-54
• 5.3.1 有骨水泥填充時(shí)股骨應(yīng)力分析53
• 5.3.2 無骨水泥填充的股骨應(yīng)力分析53-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 第6章 人體步態(tài)下復(fù)合體模型生物力學(xué)響應(yīng)分析55-63
• 6.1 膝關(guān)節(jié)假體植入骨肌模型55-56
• 6.2 加載條件獲取56-60
• 6.3 膝關(guān)節(jié)不同運(yùn)動(dòng)角度下模型應(yīng)力分析60-62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 總結(jié)和展望63-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-71
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄71-72
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間申請(qǐng)的專利72

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