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.