个体化股骨假体的CAD实践及模拟力学实验

主要围绕个体化人工股骨假体的CAD实践及通过计算机模拟力学实验对个体化人工股骨假体在生物力学性能上是否优于普通生物型和普通骨水泥型人工股骨假体进行了探讨。对最初设计的CAD软件进行了修改,采用了新的边缘提取算法,并验证了程序运行的可行性和可靠性,设计出了个体化人工股骨假体模型,为个体化人工股骨假体的CAM奠定了基础。通过计算机模拟力学实验证实了个体化人工股骨假体在生物力学性能上优于普通生物型和普通骨水泥型人工股骨假体,为个体化人工股骨假体的CAM提供了理论依据。

个体化股骨假体的计算机辅助设计实践及模拟力学实验(英文)

背景:由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配,不能确保人工关节的长期稳定。目的:利用已开发的计算机辅助设计和制造程序,建立个体化股骨假体的三维模型。并通过模拟对比力学实验,验证个体化股骨假体是否优于普通型股骨假体。设计、时间及地点:开放性实验,于2006-09/2007-05在吉林大学第一临床医院骨科研究所和吉林大学生物力学研究所完成。材料:成人新鲜股骨尸体骨。方法:取成人尸体股骨做全长CT扫描,得到CT二维图像。将其输入计算机。利用开发的边缘识别和三维轮廓提取软件对二维图像进行处理,识别髓腔内外轮廓,提取髓腔内外轮廓及假体轮廓数据,建立股骨和个体化股骨假体的三维模型。利用SolidWorks软件建立普通生物型和骨水泥型假体三维模型,在此平台上模拟临床手术置换骨水泥型、生物型和个体化定制型3类股骨假体。主要观察指标:分别模拟单足和双足站立状态,测量3种股骨假体的应力分布、界面应力和初始微动情况。结果:对最初设计的软件中边缘提取算法进行了改进,采用Canny算子,得到了更好的边缘检测结果。改进后的软件运行稳定,计算结果可信,符合预期要求。设计的个体化股骨假体的假体应力、股骨上应力、界面应力及初始微动均显著低于生物型和骨水泥型股骨假体(P<0.01)。结论:开发的计算机辅助设计程序运行准确可靠,可完成假体的计算机辅助设计,在此平台上设计的个体化股骨假体具有优于普通股骨假体的生物力学特性。