个性化膝关节占位器的优化设计与应用
全膝关节置换手术后膝关节假体周围发生感染是最严重的并发症之一，发生率为1%-5%。目前，治疗膝关节假体周围感染的“金标准”仍是二期翻修手术。翻修手术期间，置入抗生素骨水泥临时占位器不仅可以保持膝关节具有一定的稳定性和活动度，还可以增加关节腔内抗生素浓度来帮助清除感染。同时，占位器的植入可以有效的避免肌肉及软组织发生挛缩，对二次手术的进行更加有利。目前，各类占位器的制作方法各不相同，存在关节面贴合度低、制作精度低、结构不稳定和强度低等问题，无法更好的贴合患者的生理结构，并且容易发生失效。如何设计出个性化占位器且维持术后稳定、防止失效是占位器临床应用中的难题。文章开展了个性化骨水泥占位器的优化设计工作研究： 本文从分析占位器的失效情况出发，造成膝关节占位器失效的原因有多种，其主要因素与占位器型号的选取和术中技术水平有一定的影响，也与患者自身因素及术后屈曲活动范围有关。本文设计了个性化占位器，设计的股骨侧占位器在患者假体外形基础之上进行改进，对胫骨侧占位器的凹面进行加深、前端进行加高。使占位器之间具有一定的关节面，增加其活动度，使其接近人体关节的活动状态，达到占位器关节面之间应力合理的分布，一定程度上可以减少占位器失效。 本文通过有限元分析法，结合正交试验安排，得出所建模型中胫骨侧占位器表面的应力分布情况。分析膝关节占位器的力学特性，作为占位器设计和改进的依据。通过因素对分析结果影响的趋势图，得出手术中最优占位器结构尺寸和定位因素。胫骨占位器的最优组合为A2B1C2，凹槽深度5mm、后倾0°、外旋0°，其表面压应力峰值为3.00MPa。对优化设计的占位器进行屈曲、冲击分析结果表明，本文中设计的膝关节占位器合理、具有较好的稳定性。 临床应用结果表明，通过3DP技术制作膝关节占位器硅胶模具，制作的占位器表面更加光滑，配合度增加；方便手术时快速制作，节省手术时间。同时占位器结构匹配度高，术后更加稳定，有助于患者术后恢复，并降低了占位器失效情况的发生。所以本文优化设计的个性化抗生素骨水泥占位器具备良好的关节活动能力与稳定性，为膝关节占位器的临床应用提供了新的选择。
个性化膝关节占位器;优化设计;应力分布
贵州师范大学
硕士
计算机科学与技术
伍权;徐卫平
2020
中文
R318.17
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）