换一批基于统计形状模型的新一代腕关节假体有限元力学分析
A novel wrist joint prosthesis based on statistical shape modeling:Design and finite element analysis
摘要目的 设计一种新型腕关节假体(基于中国西南地区人群解剖形态数据),并通过尸体实验与有限元分析评估其力学性能.方法 基于 1 名健康青年男性志愿者的腕关节CT数据,利用Mimics、Geomagic Studio、SolidWorks和ANSYS等软件构建腕关节假体有限元模型.模型包括12个手腕骨和3个假体组件,共划分365 425个四面体单元.通过尸体实验测量假体置换后腕关节在不同方向上的活动范围,并验证假体的生物力学性能.有限元分析模拟腕关节在掌屈、背伸、尺偏和桡偏4个方向上的静态握力,分析假体置换前后腕关节整体应力应变的变化及假体内部应力分布.结果 假体置换后,腕关节整体变形在所有方向上均有减小,最大减小出现在掌屈位(从12.396 mm减至2.894 2 mm).整体应力峰值在掌屈位从196.58 MPa增至478.11 MPa,而在尺偏位仅从167.81 MPa增至194.92 MPa.假体内部应力分布均匀,最大应力为478.11 MPa,出现在掌屈位.结论 新型腕关节假体在有限元分析中表现出良好的力学性能.结合尸体实验结果,与置换前相比,假体置换后腕关节的整体变形和应力明显减小,假体内部应力分布均匀且未超过材料屈服强度.这些结果表明,该假体设计有望提高腕关节置换术的稳定性和耐久性.
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关键词
腕关节假体统计形状模型有限元分析生物力学尸体实验Wrist joint prosthesisStatistical shape modelingFinite element analysisBiomechanicsCadaver experiments
分类号
R318（医用一般科学）
栏目名称
DOI
10.3969/j.issn.1672-5972.2025.03.002
发布时间
2025-06-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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