经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

全膝关节置换植入的有限元分析及优化

发布于:2016-04-12 21:14
有限元分析

      目前已成为治疗晚期膝关节骨关节疾病的有效治疗方法。但是,每年因各种原因需要接受膝关节假体修复手术的患者仍有很多。除了感染原因外,最多见的修复原因是聚乙烯衬垫磨损导致的假体松动。根据磨损理论,聚乙烯衬垫的磨损速率与其表面的载荷大小成正比,而假体表面压应力的异常增高主要是由于假体间的对位不良。研究表明,TKA对假体对位的精度要求非常高,偏差就可能使手术效果相去甚远。本研究通过对TKA 术后膝关节进行有限元分析,然后结合正交试验方法,优化股骨假体植入的定位参数,使得聚乙烯衬垫表面压应力峰值最小化,目的是引导术中植入定位,以降低假体的磨损速度,延长假体的使用寿命。
      由高速三维激光扫描机对人工膝关节假体各个组件( 美国精技企业后交叉韧带替代型假体) 分别进行扫描,得到各自三维轮廓点云数据,通过曲面反求重构,获取假体各组件的三维工程化模型。
      将胫骨腓骨远端固定,约束股骨的屈伸运动,股骨其它方向的运动不受限制。皮质骨与松质骨假体与截骨面之间使用捆绑约束,股骨假体聚乙烯衬垫和胫骨假体之间定义接触(股骨假体聚乙烯衬垫,聚乙烯衬垫胫骨假体),摩擦系数设为股骨上端给予施加轴向向下的载荷,模拟站立位膝关节的受力情况。
      根据正交试验方法,安排9组试验水平组合,建立9个不同的9膝关节有限元模型,分别对每个模型设置相同的材料属性及边界条件,进行有限元分析,经过正交优化试验处理并进行极差和方差分析,确定不同股骨假体植入定位参数对聚乙烯衬垫上表面压应力峰值的影响,并获取一组使得压应力峰值最小的最优参数组合。
      在本研究中,如果对股骨假体的3个定位因素在3个不同水平下进行全面的分析计算,共需要创建27个膝关节有限元模型,而利用正交试验法可以明显减少计算工作量,只用9个模型的分析结果就能够帮助预测全部模型的结果分布特征和趋势。在这过程中,大家还进一步对结果进行方差分析,由方差分析可知,内外平移量对聚乙烯衬垫上表面压应力峰值的影响最显著,其次是外旋角度,而外翻角度影响最小。
      通过有限元仿真技术并结合正交试验方法,可以对TKA股骨假体的植入定位参数进行优化,确定不同定位参数对TKA术后膝关节表面压应力的影响,引导TKA术中假体的植入,有助于降低关节所受应力,同时,本研究结果对新型TKA假体的设计也有一定帮助。但是TKA术后膝关节有限元模型中各部件材料属性的确定,边界条件的建立,载荷的正确加载以及动态分析等问题还需进一步研究。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限企业
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限企业www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!



tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------
XML 地图 | Sitemap 地图