定制化钛合金假体光固化快速铸造工艺精度研究

定制化钛合金假体能实现人体骨组织个性化修复与重建,在骨科和颌面外科中具有重要应用,但其修复和重建效果受制造工艺-特别是快速铸造工艺-精度的影响。由于定制化假体的快速铸造精度强烈地依赖于假体结构的复杂程度,为研究钛合金假体的快速铸造工艺精度,以形状较为复杂的定制化下颌骨假体为研究对象。对其制造过程的误差源进行分析。为便于测量,建立简化的下颌骨假体模型。根据下颌骨假体结构特征建立两种收缩模型,并分析理论收缩率。通过光固化快速成形、快速铸造试验和对铸件的反求建模,将其与原始设计模型进行对准和比较测量,研究工件在不同方向的收缩变化规律,对理论收缩率进行验证,建立精度补偿机制。通过下颌骨实际病例假体的制作和测量,验证精度补偿机制的有效性。研究结果对定制化假体的快速制造具有重要的参考意义,可广泛应用于在临床案例假体的制造。

定制化钛合金人工月骨假体的三维有限元模型建立及生物力学分析

目的 设计定制化钛合金人工月骨假体,利用有限元分析构建假体置换前后腕关节三维有限元模型,观察置换术后腕关节生物力学改变,为假体临床应用提供生物力学依据。方法 取1具新鲜冰冻人前臂标本,经cortex动作捕捉系统测量腕关节掌屈、背伸、尺偏、桡偏最大活动度分别为48.42°、38.04°、35.68°、26.41°。CT扫描获取腕关节数据,首先导入Mimics21.0软件、Magics21.0软件初步构建腕关节三维模型,设计定制化钛合金人工月骨假体。然后采用Geomagic Studio 2017软件、Solidworks 2017软件构建正常腕关节、月骨假体置换术后腕关节三维有限元模型(正常模型、置换模型)。ANSYS 17.0有限元分析软件中,于腕关节掌屈15°、30°、48.42°,背伸15°、30°、38.04°,尺偏10°、20°、35.68°,桡偏5°、15°、26.41°分析置换前后腕关节应力分布及形变,以及月骨及月骨假体的应力分布情况。结果 研究成功构建假体置换前后腕关节三维有限元模型。掌屈、背伸、尺偏、桡偏方向不同活动度腕关节模型的网格划分节点及网格数存在一定差异。在掌屈、背伸、尺偏、桡偏方向,正常模型及置换模型腕关节最大形变均发生于桡侧,且均随活动度增大而逐渐增大;腕关节最大应力亦随活动度增大而逐渐增大,在最大活动度下应力均集中于桡骨近端,整体表现为由桡侧腕骨向桡骨近端移动的趋势。在不同方向上正常月骨最大应力均表现为随活动度增大而逐渐增大趋势,且应力位置发生对应改变。而月骨假体最大应力均集中在假体尺侧,背伸时随活动度增大逐渐增大,掌屈、尺偏、桡偏时则整体表现为随活动度增大而逐渐减小。术后月骨假体所受应力较正常月骨明显增大。结论 有限元分析提示采用定制化钛合金人工月骨假体置换不会改变腕关节载荷传递模式,为假体临床应用提供数据支持。