3D打印一体式垫块假体重建Paprosky ⅢA型髋臼侧骨缺损的有限元分析
Finite element analysis of Paprosky ⅢA acetabular bone defects reconstructed by 3D printed monoblock acetabular implant
摘要目的 设计一种重建PaproskyⅢA型髋臼侧骨缺损的定制3D打印一体式垫块假体,利用有限元分析方法分析其各个部件及骨的应力分布、位移和临床可靠性.方法 选取 1 例PaproskyⅢA型髋臼侧骨缺损患者的双侧髋关节CT数据,使用Mimics Medical 21.0、Geomagic Wrap 2021、SolidWorks 2023 和ANSYS Workbench 2022 R1软件建立有限元模型,定制 3D打印一体式垫块假体,模拟单足站立姿态分析假体和髋关节的生物学性能.结果 髋关节各部件von Mises峰值分布于股骨柄处,为67.318 MPa.定制3D打印一体式垫块假体von Mises峰值分布于垫块与髋臼骨接触的前上方,为6.935 MPa.股骨柄von Mises峰值分布于股骨柄与股骨头连接处,为67.318 MPa.衬垫von Mises峰值分布于靠近臼杯顶部螺钉 9 固定处,为 1.333 MPa.螺钉总体von Mises峰值分布于螺钉 9 与垫块连接处,为 2.215 MPa.松质骨von Mises峰值分布于股骨与股骨柄连接处的远端,为 0.701 MPa.皮质骨von Mises峰值分布于股骨远端,为 9.844 MPa.髋骨von Mises峰值分布于正常臼窝与缺损髋臼移行处前方,为8.002 MPa.定制 3D打印一体式垫块假体的微动值峰值位于垫块顶部靠近髋臼后上方处,为0.114 mm.股骨柄及股骨头的微动值峰值位于股骨头与臼杯接触处,为0.132 mm.假体与髋骨接触面的微动值范围为0.098~0.131 mm.结论 定制的3D打印一体式垫块假体在模拟单足负重站立时,所有部件及髋臼骨面的应力分布均小于其屈服强度.臼杯与髋臼骨面的微动阈值在可接受范围内.生物力学分析提示该患者术后短期内可以进行负重站立康复锻炼,但需谨慎进行步行或慢跑康复锻炼.
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