個(gè)性化髖關(guān)節(jié)假體耦合系統(tǒng)優(yōu)化新設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、本文研究人造髖關(guān)節(jié)內(nèi)置假體耦合系統(tǒng)優(yōu)化新設(shè)計(jì)方法。假體置入人體后，其結(jié)構(gòu)形態(tài)、幾何尺寸、材料屬性以及與股骨接觸界面形式等因素與股骨的自適應(yīng)重建存在動(dòng)態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系，假體和股骨等成為一個(gè)耦合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。研究將把機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法、生物力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、骨生長(zhǎng)重建理論、骨力學(xué)、材料學(xué)、最優(yōu)化理論和方法及技術(shù)與醫(yī)用CT技術(shù)、CAD和CAE技術(shù)和計(jì)算機(jī)可視化仿真理論及技術(shù)等結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建人造髖關(guān)節(jié)假體——股骨系統(tǒng)耦合動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)和有限元仿真模型，在計(jì)算

2、機(jī)可視化仿真中研究和探討關(guān)節(jié)假體與股骨等耦合相互作用時(shí)，假體外部形狀、結(jié)構(gòu)形態(tài)、材料屬性和幾何尺寸等不同機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)以及假體與股骨髓腔等部位的接觸耦合形式對(duì)股骨生長(zhǎng)重建的影響，在改變這些機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)以及假體與股骨髓腔等部位接觸耦合形式過程中來(lái)設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)假體，這樣設(shè)計(jì)的假體有利于股骨生長(zhǎng)重建并形成穩(wěn)定結(jié)合，以此建立關(guān)節(jié)假體耦合系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化新設(shè)計(jì)方法。
　　 本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 ① 通過專業(yè)醫(yī)學(xué)軟件M

3、imics和CAD軟件，運(yùn)用以股骨CT圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的圖像處理與輪廓線提取技術(shù)，反求股骨計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型。
　　 ② 根據(jù)股骨CT圖像數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)符合個(gè)體特征的個(gè)性化定制型髖關(guān)節(jié)假體。對(duì)定制型髖假體進(jìn)行四套方案設(shè)計(jì)：四線法、中心線法、拉伸法和掃描法，并在髖假體設(shè)計(jì)好后進(jìn)行虛擬置換，創(chuàng)建個(gè)性化髖關(guān)節(jié)假體耦合系統(tǒng)。
　　 ③ 依據(jù)和利用股骨CT掃描數(shù)據(jù)和其表觀密度以及彈性模量之間的關(guān)系，創(chuàng)建了接近股骨真實(shí)力學(xué)性能的有限元材料

4、模型。
　　 ④ 通過對(duì)有限元仿真計(jì)算和股骨加載實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，不僅獲得了自然生理狀態(tài)下的股骨應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，且檢驗(yàn)和改善前期建模及有限元分析工作。
　　 ⑤ 對(duì)髖關(guān)節(jié)假體的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及疲勞特性進(jìn)行研究。用四種方法設(shè)計(jì)的髖關(guān)節(jié)假體，與Charnley型常用假體進(jìn)行比較分析。
　　 ⑥ 采用非線性骨再造速率方程和有限元方法、Visual C++平臺(tái)結(jié)合，引入拓?fù)鋬?yōu)化思想，在個(gè)性化髖關(guān)節(jié)假體耦合系統(tǒng)中研究分析了