髋关节置换术后应力场模拟初探

论文摘要

实践证明,人工髋关节置换术是治疗髋关节疾病的一个有效的方法。人工髋关节置换手术发展到今天已经成为一项非常成熟,运用非常广泛的外科手术。但是这项技术并没有发展到完善的程度,其仍然存在着许多的问题,例如髋关节置换术后人工关节的脱开、髋关节假体柄的变形和断裂、髋关节假体柄的松动等等。 自从现代意义的人工髋关节出现至今已有四十多年的历史。在此期间,研究工作主要围绕提高髋关节置换手术的质量和延长手术后人工关节在人体内的寿命两个目标,前人进行了不懈的努力,对人工髋关节头的大小、髋关节柄外形和胫干角等进行了改进。七十年代,CAD技术被使用与人工髋关节的设计,使得人工髋关节的外形更加合理。其后,人们一方面采用了非骨水泥固定的人工髋关节假体和使用第二代骨水泥的假体。另一方面,人们开始从力学角度探讨髋关节置换后出现的种种问题。后来随着研究的深入,人们的注意力开始转向骨骼材料的生物力学特性,开始研究正常情况和发生病变情况下的骨骼力学反应。 本文的主要研究内容是通过实验和仿真模拟的方法考察髋关节置换手术后,股骨和人工关节的应力分布情况。对人单腿站立情况的仿真模拟受力分析和实验验证,可以得出髋关节置换手术后正常情况下的应力分布情况,从而为今后进一步深入研究髋关节置换术后的综合力学响应奠定理论和实验基础。 本研究得到省科技厅经费资助 (项目编号:2004201)。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 大腿股骨及髋关节的生物力学特性
• 2.1 骨的结构
• 2.2 骨的化学成分和物理性能
• 2.3 骨的功能适应性
• 2.4 骨材料和人工髋关节材料的材料属性
• 2.5 髋关节的应力分布
• 第3章 髋关节受力分析
• 3.1 有限元的基本思想
• 3.2 有限元在生物力学中的运用
• 第4章 受力情况的有限元分析
• 4.1 Patran软件的介绍
• 4.2 Nastran软件的介绍
• 4.3 髋关节的受力分析
• 4.4 有限元仿真模拟及结果
• 第5章 受力情况的实验分析
• 5.1 实验的背景说明
• 5.2 实验的准备和进行
• 5.3 实验结果分析
• 第6章 成果与展望
• 6.1 小结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献