髓內釘修復股骨轉子間骨折愈合過程的生物力學研究.pdf

1、目的:本課題綜合采用醫(yī)學圖像軟件Mimics、逆向工程軟件Geomagic Studio以及三維實體建模軟件 Solidworks中建立有效的髓內釘固定后的股骨轉子間骨折三維實體模型和有限元模型，通過大型三維有限元分析軟件ANSYS，對模型進行計算，獲得髓內釘骨折模型在愈合過程中應力場、位移場；分析骨折愈合后髓內釘拆除后股骨應力分布的特征，并與人工股骨髓內釘轉子間骨折電測實驗進行數據對比，發(fā)現規(guī)律，為臨床應用提供生物力學依據及指導意見。

2、
　　方法:首先采用3D打印與精密鑄造的方法制備高精度的人工股骨模型，并保證該股骨的材料特性與人體股骨最大程度的接近，用石膏等固定裝置將髓內釘裝進股骨模型后，取出髓內釘，然后制造股骨轉子間骨折，再然后把髓內釘與人工股骨進行裝配，在相應的位置貼應變片，應變片與靜動態(tài)電阻應變測試分析系統進行連接，然后在 WDW—10微機控制電子萬能試驗上進行加載，即進行人工股骨髓內釘轉子間骨折電測實驗，記錄實驗數據，整理分析數據，做出載荷—微應變數據

3、圖；其次，把人工股骨髓內釘轉子間骨折實驗模型掃描成CT數據，使用Mimics、Geomagic Studio、Solidworks軟件把掃描的CT數據建立成完整股骨三維實體模型，根據髓內釘參數用 Solidworks建立主釘、近端鎖釘、遠端鎖釘的三維實體模型，并將股骨三維實體模型與髓內釘三維實體模型進行裝配，即將該人工股骨髓內釘轉子間骨折模型制備成3D有限元模型，另存為 X_T格式文件，然后將此X_T格式文件導入ANSYS中，進行布爾運

4、算，創(chuàng)建骨折片，賦予變化的材料參數，模擬骨折的愈合過程，建立完整人工股骨髓內釘轉子間骨折三維有限元模型，依次進行編號，在設定單元屬性、邊界條件、材料屬性、劃分網格，按在骨折愈合過程中600N正常人緩慢行走雙足著地時模擬髖關節(jié)所承受的最大峰值數值，并且進行加載和求解，分析獲得的骨髓內釘模型的應力及應力分布特征、骨折線處的應力變化、斷端間隙變化特征等，整理出貼應變片位置的應變數據，并與實驗數據進行對比，發(fā)現規(guī)律；另外主要通過對骨折片賦予不同

5、的彈性模量來模擬愈合階段對人體股骨的生物力學影響，并通過用ANSYS單元生死功能來模擬撤釘后股骨的應力分布規(guī)律，獲得人工股骨的應力和應變變化規(guī)律。
　　結果：
　?。?）對數值計算結果與實驗結果的比較顯示，數值模擬結果欲與實驗結果符合較好。
　?。?）導致數值模擬與實驗數據有誤差的原因可能是通過三維重建獲得的股骨實體模型有人為操作的原因，與實驗的股骨模型有一些差別，此外數值模擬和實驗的邊界條件可能也有一些差別。

6、　?。?）完成了模擬股骨髓內釘轉子間骨折的愈合過程，并與實驗結果進行了對比和分析，獲得了愈合過程測點位置應變片的應變規(guī)律。
　　結論：
　?。?）制作了人工股骨轉子間骨折實體模型，模型包括，一個骨折片，一個骨折近端模型和一個骨折遠端模型，以髓內釘固定股骨轉子間骨折模型，并在該模型上選取10個參考點貼應變片，進行了人工股骨髓內釘轉子間骨折模型在生理載荷作用下的電測實驗，測得人工股骨髓內釘轉子間骨折三維實體模型的各部位的應變數據

7、，得到了人工股骨髓內釘轉子間骨折10個測點的分布規(guī)律。
　?。?）根據人工股骨髓內釘轉子間骨折實體模型的CT掃描數據，利用三維造型軟件Mimics完成了初期的點云處理，應用逆向工程軟件Geomagic studio以及Solidworks軟件，成功的構建出了人工股骨髓內釘轉子間骨折三維實體模型。
　?。?）在ANSYS數值模擬軟件中進行了人工股骨髓內釘轉子間骨折模型在生理載荷作用下的數值模擬分析，主要分析對位移場和應力場的影