人工髖關(guān)節(jié)股骨柄建模及仿真加工.pdf

1、由于各種原因?qū)е氯说年P(guān)節(jié)產(chǎn)生病變，影響正常的生產(chǎn)生活。對(duì)壞死關(guān)節(jié)病變治療的有效手段是關(guān)節(jié)置換。目前，我國(guó)人工關(guān)節(jié)主要是一系列的標(biāo)準(zhǔn)件，這些標(biāo)準(zhǔn)件難以與成千上萬(wàn)病患的個(gè)體相匹配。因此，個(gè)體化的股骨柄的設(shè)計(jì)與制造得到關(guān)注。但是，由于股骨形狀的復(fù)雜與多樣，在假體模型建立與加工制造上，有許多問(wèn)題待以解決。為了設(shè)計(jì)制造出更加符合個(gè)體病患的股骨柄，提出了“髖關(guān)節(jié)股骨柄的建模與加工仿真”這一問(wèn)題。在模型的建立與仿真加工上進(jìn)行研究，確定可行性。主要研究

2、工作有：
　　第一，為減少后續(xù)工作的分析與處理量，需要針對(duì)所采集到 CT圖像進(jìn)行篩選及感興趣區(qū)域的提取，略去在建模時(shí)無(wú)用的數(shù)據(jù)。完成篩選后將進(jìn)行圖像預(yù)處理，先采用中值濾波過(guò)濾掉圖像上的干擾點(diǎn)；之后用拉普拉斯（Laplace）算子對(duì)圖像進(jìn)行銳化處理，提高圖像輪廓的清晰度；最后是對(duì)所采集到的圖像進(jìn)行輪廓提取，采用邊緣追蹤法與灰度閾值法相結(jié)合的方式，將患者的生理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為建模所需的輪廓數(shù)據(jù)。
　　第二，將計(jì)算機(jī)軟件與人工智能相

3、結(jié)合,重建股骨部位的輪廓形狀。把CT圖與X光片圖結(jié)合，以Auto CAD軟件和SolidWorks軟件作為技術(shù)支撐。具體來(lái)說(shuō)，就是在Auto CAD中以采集到的X光片圖像為路徑導(dǎo)向，依次從CT圖上截取股骨截面輪廓的二維數(shù)據(jù)，將所截取的二位數(shù)據(jù)導(dǎo)入SolidWorks軟件，用三維建模技術(shù)生成股骨內(nèi)腔的輪廓形狀，并建立針對(duì)于該病患的股骨柄三維模型。
　　第三，由于股骨柄為不連續(xù)的復(fù)雜曲面，在對(duì)仿真加工的刀具路徑軌跡的規(guī)劃上，基于球頭銑

4、刀銑削，對(duì)加工的行距和步長(zhǎng)進(jìn)行規(guī)劃。由于球頭銑刀具有編程簡(jiǎn)單，而且對(duì)不同對(duì)象的適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在曲面銑削中得到應(yīng)用。對(duì)行距進(jìn)行計(jì)算時(shí)，本文采用等殘留高度法，由于該方法的加工效率高，故可縮短切削時(shí)間。計(jì)算步長(zhǎng)時(shí)，以滿足設(shè)計(jì)精度為前提，盡量增大步長(zhǎng)，來(lái)提高加工的效率。同時(shí)生成股骨柄加工的數(shù)控程序。
　　第四，股骨柄的仿真加工。采用VERICUT仿真軟件，該軟件功能完善，且通用性強(qiáng)，非常適合于對(duì)通用的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真加工。仿真過(guò)