【摘 要】
:
随着三维打印技术(Three-dimensional printing technology,3D printing technology)在医疗领域的蓬勃发展,超多孔界面在人工关节假体的应用成为骨科治疗领域的一大进步且临床效果良好。3D打印的金属骨小梁多孔结构在骨科植入的应用上具有独特优势,其性能直接影响植入假体的骨长入以及强度安全。设计具有合适孔隙率和承载能力强的骨小梁结构应用在骨科植入物表面
论文部分内容阅读
随着三维打印技术(Three-dimensional printing technology,3D printing technology)在医疗领域的蓬勃发展,超多孔界面在人工关节假体的应用成为骨科治疗领域的一大进步且临床效果良好。3D打印的金属骨小梁多孔结构在骨科植入的应用上具有独特优势,其性能直接影响植入假体的骨长入以及强度安全。设计具有合适孔隙率和承载能力强的骨小梁结构应用在骨科植入物表面,能够提高人工关节置换术的质量。本文对钛合金骨小梁结构的力学特性及其在胫骨平台假体的应用开展研究工作,为提高植入假体的骨长入和强度安全进行探索。首先,采用有限元分析软件ANSYS对开放式和晶体两大类胞元结构的几何特性及力学性能进行了分析比较,用3D打印高分子材料胞元模型进行了实验验证。选择合适孔隙率的胞元构建了截面为矩形和圆形的多胞元骨小梁模型,数值模拟比较了不同胞元构建的两种截面骨小梁模型的承载能力和应力分布规律。结果表明,胞元结构的几何形状及孔隙率对承载能力有较大影响;适当地加粗胞元丝径可以提高结构的承载能力;不同结构的压缩破坏位置均在结构丝的拐角处;断丝会导致晶体胞元骨小梁结构的承载能力降低而应力大幅度增加(最大约3倍)。然后,根据上述对不同结构的分析比较结果,选择了一种晶体胞元结构构建了六种不同孔径和孔隙率的矩形截面骨小梁模型,并通过数值模拟分析比较了其力学性能。采用3D打印技术制备了五种长方体钛合金骨小梁支架,实验测量了丝径、孔径和孔隙率并对通孔率进行了检测,还通过实验研究了其压缩性能。设计制造了3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,通过实验和仿真研究了其拉伸性能。数值模拟结果表明,相同丝径骨小梁承载能力随单元边长的增大而降低,丝径加粗一倍可使骨小梁承载能力提高约十倍。实验结果表明,钛合金骨小梁的丝径较理论值变大而孔径和孔隙率较理论值变小,但其内部通孔率检测结果良好;骨小梁压缩试件的压缩特性曲线具有明显的四阶段特征,压缩性能参数随单元尺寸不同有着明显的变化规律;骨小梁拉伸试件的拉伸破坏形式为骨小梁丝径断裂。由于3D打印得到的骨小梁结构表面具有较小的几何不规则性和不均匀的表面光滑度,导致了丝径、孔径与孔隙率的实测值与理论值存在差异,进而导致了压缩与拉伸实验获得的力学特性参数高于理论值。最后,对钛合金骨小梁界面胫骨平台假体模型进行了设计计算。根据上述对钛合金骨小梁的实验研究结果,选择了四种不同尺寸骨小梁胞元为基础,按照弹性模量的大小组配了三种分区骨小梁结构,建模时进一步考虑了与胫骨整合面骨小梁截面特点对骨生长的影响,构建了包括胫骨平台假体实心部分、胫骨平台假体骨小梁和胫骨的计算模型共六种。通过有限元仿真分析比较了不同模型在胫骨整合面的应变分布规律。数值模拟结果显示,Box8细径2.25-2.0-2.5组配骨小梁,采用切割面与胫骨整合,在负载单倍体重时具有较好的骨生长特性,可以适应术后尽快下地的需要。
其他文献
Lakoff和Johnson在《我们赖以生存的隐喻》一书中提到不仅仅人类语言中存在着隐喻现象,在人类的思维与行动中同样也存在着隐喻。隐喻性思维在人类认识事物和建立概念系统中发
目的观察先天性心脏病(简称先心病)心内不同分流方向对患儿术前局部脑组织氧合指数(tissue oxygenation index,TOI)的影响,探究法洛四联症(tetralogy of Fallot,TOF)患儿体外转流前
背景和目的近年来我国城乡居民心血管疾病的患病率和死亡率持续居于首位并呈逐年上升趋势,其中冠心病(coronary heart disease,CHD)仅次于脑卒中位列第二,其患病风险随着年龄的增长而升高,且日益趋向年轻化。CHD的管理包括一级预防策略(改变生活方式,如戒烟、控制体重、改变饮食和适当体育锻炼等)和二级预防策略(控制血压、管理血脂和糖尿病、应用抗血小板药物、肾素-血管紧张素-醛固酮系统
在我国的能源结构之中,煤炭占有重要地位,但是对于焦炉烟气的控制仍处于初步摸索阶段,因此开发焦炉烟气控制技术十分重要。本论文主要针对焦炉烟气中NO_x和CO气体,对其进行协同去除,主要考察了活性炭负载铜锰基催化剂的脱硝性能及NO_x和CO同时去除性能;通过制备方法和制备条件的优化,开发出具有高效低温催化活性的催化剂,实现NO_x和CO的协同控制。首先,采用硝酸对活性炭进行改性,发现经过10%的HNO
光学遥感图像在军事侦察、环境监测、地形测绘等多个领域有广泛的应用,因此获取到质量较高、边缘纹理清晰的高分辨率遥感图像有助于图像处理、应用与解译等相关任务。然而,受限于光学成像系统自身的硬件条件,以及在图像成像、传输与处理过程中存在不可避免的图像降质因素,获取到的图像存在分辨率低、边缘纹理细节辨识度低等问题。而图像超分辨率重建是一种利用单帧或者多帧的低分辨率图像重建出单帧的高分辨率图像的技术,因此开
阻燃剂的使用便捷了人类的生产生活,但也产生了威胁人类生存发展的新型持久性有机污染物质-溴代阻燃剂(BFRs)。污水厂处理废水的工艺流程中并不能使BFRs得到有效的去除。未被净化的BFRs随处理后水体进入到自然水体中,对自然环境和人类身体健康产生一定的风险。操作简便、无二次污染的处理工艺为大众选择的趋势,吸附法由此脱颖而出。高分子吸附剂也凭借性质稳定、具有靶向性等优点崭露头角。本文针对添加型BFRs
股权激励是企业管理机制的重要组成部分,它作为一种长期的激励机制可以有效的将企业管理者和股东联系起来、减弱委托代理矛盾,对企业的发展起到促进的作用。但由于监管制度的不完善,基于信息不对称原理,股权激励同时可能诱发管理者对盈余的操控,来达到行权条件为个人谋取利益。目前学者对盈余管理的研究大多以应计盈余管理为研究对象,将企业作为一个静态的整体进行研究。相比于应计盈余管理,真实盈余管理由于其灵活性和隐蔽性
随着可再生能源并网消纳,电力系统面临供电可靠性高、环境污染少、发电成本低和运行灵活的多边界约束。由于我国的资源禀赋决定了燃煤发电仍是未来相当长时间内的主要电力来源,单一的经济指标不能满足多边界的约束条件,需构建多指标评价体系表征燃煤机组各项性能,该综合评价属于经典多属性决策问题。本文针对多指标燃煤机组综合评价问题,采用层次分析法(AHP)确定的主观权重对熵值法确定的客观权重进行线性修正,得到了主客
随着我国各大城市掀起了大规模开发利用地下空间的热潮,新旧地铁线路交叉穿越现象已经越来越常见。北京地铁19号线四线隧道下穿既有4号线新宫站,其下穿长度长,且下穿段隧道与车站近接(净距仅为0.22m),为典型的长距离大面积密贴下穿工程;而新建隧道处于卵石圆砾地层中,施工过程中极易受到扰动而导致下穿的既有车站结构产生较大沉降;为保证既有车站的安全,选择合适的施工参数控制既有车站变形十分必要。本文以该工程
沙地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)天然林主要分布在大兴安岭向呼伦贝尔沙地的森林草原过渡带上,具有非常重要的防风固沙功能,在维护该区域生态安全和生态稳定中发