股骨头保护体研制

论文摘要

为解决在治疗股骨头缺血性坏死时,被置换在人体内的股骨头假体的松动、下沉等医学难题,本文在分析股骨头骨骼生长特点、生物力学特点以及股骨头坏死病因和治疗要求的基础上,依据坏死区和活骨强度分布特点,骨代谢规律,设计了一种旨在通过受力转移同时减少股骨头内部应力遮蔽等方法,达到既能持重又能减轻骨溶解,促进骨质生长的新型股骨头保护假体。通过分析比较各种人体植入材料的力学性能、加工性能、生物相容性和发展趋势等因素,确定采用Ti6Al4V作为承力支架,采用镍钛记忆合金作为辅助承力的支撑框材料。为提高加工质量和效率,本文还对所选材料Ti6Al4V及镍钛合金的重要加工参数和要点作了计算和说明。并实际试验加工了该股骨头保护体,印证了本文设计结构的可加工性,同时为后续生物力学模拟实验提供实验品。本文还进行了简化三维模型的有限元力学分析,通过比较正常股骨头和置换本保护体后,不同步态,股骨头位移、应力变化,证明该保护假体不仅具有足够的机械支撑强度,满足其基本功能;而且通过新材料、新结构的设计应用而减轻股骨头内部应力遮蔽现象,能实现即期和长期稳定。最后,模拟置换后初期、远期和正常股骨头三种状态在缓步时,股骨的薄弱环节——股骨颈的应变状况,证明:股骨头保护体的置换将不会使股骨颈超过其应变极限而致骨折,置换后远期更接近正常应变状态。本文基本完成了股骨头保护体的设计、制造和校核等工作。期间,综合了骨外科学、解剖学、生物力学、材料学及特种材料加工工艺,利用有限元分析和物理模拟实验进行生物力学的测试,并为股骨头置换假体设计提供全新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 股骨头坏死治疗方法
• 1.2.2 股骨头保护假体的研究现状
• 1.2.3 骨组织替代与修复材料发展状况
• 1.3 课题来源和主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 股骨头保护体结构设计及选材和加工
• 2.1 股骨头保护体需解决问题
• 2.2 股骨头保护置换体失效主要原因分析
• 2.3 股骨头保护体总体结构方案拟定
• 2.3.1 设计目标
• 2.3.2 总体方案
• 2.4 股骨头保护体各结构部件设计
• 2.4.1 支撑帽的设计
• 2.4.2 支撑柄安放位置设计
• 2.4.3 支撑盘的设计
• 2.4.4 形状记忆合金框设计
• 2.5 各零部件连接并与骨骼固定方式
• 2.6 手术方式及注意事项
• 2.6.1 手术适应症及禁忌症
• 2.6.2 手术入路及安装
• 2.7 股骨头保护体材料选用
• 2.7.1 骨替代与修复用植入材料选用的基本要求
• 2.7.2 常用骨替代与修复植入材料性能比较
• 2.7.3 股骨头保护体材料的确定
• 2.8 股骨头保护体实验样品加工
• 2.8.1 股骨头保护体主要参数确定
• 2.8.2 股骨头保护体加工参数拟定
• 2.8.3 支撑帽、支撑柄、支撑盘加工提要
• 2.8.4 Ni-Ti记忆合金支撑框加工提要
• 2.8.5 试验加工
• 2.9 股骨头保护体表面处理
• 2.9.1 保护体表面处理的必要性
• 2.9.2 表面处理的方法
• 2.10 本章小结
• 第3章 股骨头保护体置换后受力有限元分析
• 3.1 有限元分析在骨科相关方面的应用
• 3.2 股骨头保护体三维有限元分析
• 3.2.1 保护体三维有限元分析方案确定
• 3.2.2 股骨近端三维简化模型建立
• 3.2.3 保护假体置换前后，股骨头受力有限元对照分析
• 3.2.4 股骨头保护体承力时，各零部件强度校核
• 3.3 本章小结
• 第4章 股骨头保护体体外模拟生物力学测试
• 4.1 生物力学实验必要性
• 4.2 生物力学实验过程
• 4.2.1 实验总体方案
• 4.2.2 实验材料与方法
• 4.3 测试数据统计与实验结果分析
• 4.3.1 测试数据统计
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢