金属3D打印个性化股骨假体和4种类型标准化假体的生物力学对比
刘宏伟1
蒋俊锋2
张云坤1
徐南伟1
王彩梅3
张文4
1.南京医科大学附属常州第二人民医院骨科,江苏省常州市,2130032.河海大学物联网工程学院,江苏省常州市,2130223.北京爱康宜诚股份有限公司,北京市,1022004.苏州大学骨科研究所,江苏省苏州市,215006
摘要：背景:蓬勃发展的金属3D打印增材制造技术为骨科个性化假体的研制带来了全新的机遇,但其生物力学性能是否能满足临床需求尚待深入研究.目的:探讨高能电子束熔融金属3D打印个性化股骨假体相对于SR组配柄、矩形柄、柱形柄、锥形柄的生物力学优缺点.方法:分别将3D打印个性化股骨假体、SR组配柄、柱形柄、矩形柄、锥形柄的三维扫描stl格式数据导入UG 8.0建模,修补坏点及空洞.按临床手术要求进行虚拟截骨,置入数字化股骨假体.采用Ansys 10.0软件对5种股骨假体进行有限元网格及节点划分,对假体材料分别赋值.分别模拟双足静止站立、缓慢行走2种状态,对比5种股骨假体在界面应力、初始微动以及应力遮挡率3个方面的差异.结果与结论:(1)最大应力对比:①双足静止站立:3D打印个性化股骨假体正应力略高于锥形柄(10.83％),较SR组配柄、矩形柄、锥形柄正应力分别低45.65％,15.20％,41.18％;个性化股骨假体剪切应力较SR组配柄、矩形柄、柱形柄、锥形柄分别低58.53％,38.91％,15.64％,37.55％;②缓慢行走:3D打印个性化股骨假体正应力较SR组配柄低,较3种标准柄高;剪切应力较SR组配柄、矩形柄低(25.78％、62.50％),较柱形柄、锥形柄高(35.74％,15.82％);(2)应力遮挡率:①双足静止站立:3D打印个性化股骨假体对股骨近端有着最小的应力遮挡率,比SR组配柄、矩形柄、柱形柄、锥形柄分别低约56.21％,41.88％,23.92％和17.98％;②缓慢行走:个性化股骨假体应力遮挡率比SR组配柄、矩形柄、柱形柄、锥形柄分别低56.84％,31.10％,20.45％,16.69％;(3)假体微动:①双足静止站立:3D打印个性化股骨假体水平微动较其他股骨柄大,最大值26.4μm,在骨长入的微动范围内,垂直微动均较其余4种柄低;②缓慢行走:3D打印个性化假体的水平微动较其他柄大,最大值172μm;垂直微动较柱形柄略低(1.45％),较SR组配柄、矩形柄、锥形柄略高(16.10％,23.67％,1.54％);(4)提示高能电子束熔融金属3D打印个性化股骨假体对股骨近端的应力遮挡率低于其他4种类型标准股骨柄,界面应力分布优于SR组配柄,缓慢行走时初始微动略高于其他标准柄,但在骨长入范围内.
关键词：股骨假体金属3D打印有限元分析生物力学应力遮挡国家自然科学基金
分类号：R445.3(诊断学)R318.01(医用一般科学)R459.9(治疗学)
资助基金：国家自然科学基金(61772172)常州市卫生局重大项目(ZD201617)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 5151-5157 )
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