3D打印个性化骨盆假体的有限元分析与评估

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骨盆结构十分复杂,骨盆肿瘤切除后骨盆环的重建是目前骨科领域的一个难题。半骨盆重建的方法较多,用于重建的骨盆假体形式多样,其中大多数为传统的组配式半骨盆假体。相比于传统的假体,3D打印个性化骨盆假体则具有以下优势:1.能够实现复杂的实体构建;2.能充分满足假体与残余骨盆的匹配度;3.3D打印假体可以设计出多孔表面,有利于残余肌肉的附着;4.有助于临床医生在术前进行手术模拟规划。由于重建后的骨盆环要满足人体的生物力学要求,本研究通过有限元分析的方法,模拟患者站立位静态和步态两种情况下,对带有3D打印个性化假体的重建骨盆模型进行分析,得到重建骨盆模型的应力分布情况,评估3D打印假体的稳定性能否满足患者日常使用功能。  本研究利用医学影像数据,通过三维重建技术,对3例不同类型的骨盆肿瘤患者进行骨盆重建,并将为其设计的个性化骨盆假体与之装配,完成3例重建骨盆三维模型。通过人体动力学仿真软件,将重建骨盆模型导入,建立患者的人体骨肌系统模型。通过对模型进行步态动力学分析,得到在一个步态周期中重建骨盆两侧髋臼的关节力数据,为有限元分析提供合理的参数。分别将3例重建骨盆模型导入有限元软件中,通过网格划分、添加材料属性、设置载荷与约束等方法建立重建骨盆的有限元模型。经分别加载分析后得到3例重建骨盆模型在静态和步态两种条件下的应力分布情况,通过有限元分析结果综合评估3D打印个性化骨盆假体的有效性和稳定性。  通过有限元分析与评估,3D打印个性化骨盆假体对恢复骨盆环的应力传导效果良好,在静态及步态下的最大应力值均小于3D打印材料的屈服强度,其有效性和稳定性能够满足人体生物力学要求,该分析结果可为临床医生和假体设计人员提供参考。
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