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随着中国社会老龄化进程不断推进,由股骨头坏死、关节病变、骨折等原因产生的全髋关节置换手术量呈现逐年上升的趋势。 全髋关节置换手术利用人工髋关节假体置换病变的髋关节,假体一端与股骨髓腔装配,另一端与髋臼连接。人工髋关节假体置换失败的主要因素是影响假体近端骨整合的应力遮蔽,直柄假体与髓腔远端匹配度较低导致的假体无菌松动。 人工髋关节假体置换中的应力遮蔽、无菌松动等问题与假体的力传递特性密切相关。当假体上的力无法传导到股骨近端时,股骨近端将产生骨溶解,无法使假体与股骨形成良好的整合,假体在髓腔中的稳定性不足,易于引起假体的无菌松动。当假体与髓腔以低匹配度形式匹配时,假体上的力向股骨近端传递,易破坏假体近端的骨整合区,影响假体在髓腔中的长期稳定,同样导致假体在髓腔中的无菌松动。为提高假体在髓腔中的长期稳定性,需要建立假体在髓腔中的有限元模型并配合实验,深入研究假体几何参数、匹配形式与假体力传递之间的关系,在提高假体与髓腔匹配度的前提下,控制假体上的力传递到股骨近端,促进假体近端的骨整合。 本文研究内容包括: 1.基于CT断层扫描影像,使用CAD软件(pro E),医学图像软件(Mimics)建立股骨三维实体模型,分析其解剖结构,设计能与髓腔准确匹配的定制式髋关节假体并与假体模型进行装配。 2.使用有限元仿真软件对装配体进行力传递分析,观察股骨上的应力应变分布特性,分析不同情况下力传递规律。 3.基于有限元分析结果,分析力在股骨与假体间传递的规律,绘制应力在股骨上的分布图,得到能避免应力遮蔽与无菌松动的优化方案。 4.在力学传递研究的基础上,设计股骨模型力传递实验,在压力测试机上对股骨与假体的装配体进行力加载试验,绘制应变分布图,结合有限元分析结果,得出能有效避免应力遮蔽与无菌松动的最合理假体与髓腔匹配方式。 5.根据股骨模型设计定制式假体,结合CAD/CAM/Robotic一体化制造技术制造出定制式人工髋关节假体,在提高假体与髓腔匹配度的同时,减小股骨近端的应力遮蔽。进行定制式假体的力传递有限元仿真,与标准式假体的力传递进行比较,得出结论。