假肢接受腔设计及界面应力的有限元分析

作     者：王晓辉 王坤 胡志勇 田红亮 Wang Xiaohui;Wang Kun;Hu Zhiyong;Tian Hongliang

作者机构：内蒙古工业大学机械工程学院内蒙古自治区呼和浩特市010000 内蒙古荣誉军人肢残康复中心内蒙古自治区呼和浩特市010000 

基　　金：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(NJZY18080),项目负责人:王坤 民政部行业标准项目(MZ2017-T-046),项目负责人:王坤 内蒙古自治区科技创新引导项目,项目负责人:胡志勇 

出 版 物：《中国组织工程研究》 (Chinese Journal of Tissue Engineering Research)

年 卷 期：2020年第24卷第6期

页      码：862-868页

摘      要：背景:残肢-接受腔界面生物力学特性不仅对假肢的适配性有着直接影响,而且也是对接受腔结构进行优化设计的基础。将数字化设计技术与康复工程结合在一起,将有效地提髙假肢接受腔的制作效率和质量。目的:采用逆正向结合的建模方法,对小腿截肢患者进行定制式的接受腔模型设计,评估残肢与接受腔的界面应力,对接受腔进行迭代设计,优化后的模型采用3D打印制作,以改善传统手工制作接受腔方法。方法:选择2例内蒙古自治区荣誉军人肢残康复中心的小腿截肢志愿者,根据患者残肢的CT扫描图像,采用Mimics进行图像处理,然后经过Geomagic和UG逆向得到残肢的几何模型。通过使用计算机辅助设计软件Fusion360,根据残肢各个部位的组织结构不同的承受能力作为修型原理对接受腔进行正向建模设计。选用Mooney-Revlin超弹性模型定义软组织的材料特性,对残肢-接受腔界面应力进行有限元分析,并根据结果反馈指导对接受腔进行迭代设计,对再次修型后的接受腔模型进行评估。3D打印制作出接受腔,并进行实验测量。结果与结论:①对迭代设计后的接受腔与残肢界面的应力进行分析,得到残肢各区域的应力值均低于疼痛阈值,符合设计标准,能较好实现功能传递性和安全舒适性;②此2例患者穿戴3D打印制作的接受腔适配性、稳定性良好,步行对称性相比手工制作接受腔均有显著改善,满足残肢生物力学要求;③试验建立了完整的假肢接受腔的设计、评估及制造系统。

主 题 词：假肢 接受腔 计算机辅助设计 迭代设计 有限元分析 3D打印 逆向工程 超弹性 界面应力 生物力学 

学科分类：0831[工学-公安技术类] 100207[100207] 100208[100208] 1002[医学-临床医学类] 08[工学] 1010[医学-医学技术类] 10[医学] 

D　O　I：10.3969/j.issn.2095-4344.2442

馆 藏 号：203820487...