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1、-范文最新推荐- 髋关节假体三维造型设计+SolidWords三维建模 摘要 随着人工髋关节技术的日趋发展与成熟，髋关节假体产品的市场推广也变得越来越重要。作为市场推广的核心部分，假体平面模型的展示往往是客户了解产品最直观的渠道。鉴于目前大多数髋关节假体公司只提供二维的产品平面模型，假体产品的三维平面建模具有一定的市场潜力。本课题利用SolidWords软件，根据Link, Plus, Zimmer 三家假体公司提供的原始数据针对一种型号髋关节假体三部件：假体柄，头部，以及髋臼，进行三维实体建模，并利用 SolidWorks 软件内的系列零件设计表对各公司提供的每种型号假体原始工程数据进行参数
2、化设计，以达成实现对以上三种部件只需每种选择一种尺寸三维建模一次，即可通过输入系列零件设计表其它型号的尺寸生成相应其它尺寸的三维模型。最后完成了三部分假体的装配，生成爆炸图和工程图纸。6977关键词 人工髋关节三维造型系列零件设计表 AbstractThe marketing industryof artificial hip joint products has becomeincreasingly profitable due to the rapid development of hip replacementtechnologies. As the core component of
3、marketing, graphic presentationsof artificial joint products are often the most direct way in whichpotential customers become acquainted with the products. Since mostartificial hip joint companies market their products using two-dimensionalimages, the use of three-dimensional modeling technology in
4、the graphicpresentations of artificial hip joints isproven to be financiallypromising. This project uses the SolidWork software to create one set of3D graphic models for one particular size of the three components of acomplete artificial hip joint: the prosthesis, the head, and the acetabulum,based
5、on the original manufacturing data obtained from the companies of 1.1.1人工关节置换的概念人工关节置换就是采用植入关节假体对因疾病或创伤造成的关节破坏进行修复，解除关节疼痛，畸形和功能障碍，重建一个功能接近正常的关节1。目前，人工关节置换术中，较多的是人工髋关节置换术，人体髋关节置换是指用生物相容性和机械性能良好的金属材料制成的一种类似人体骨关节的假体，利用手术方法将人工关节置换被疾病或损伤所破坏的关节面，其目的是切除病灶，清除疼痛，恢复关节的活动与原有的功能。所谓生物相容性是指生物材料和人体组织接触后，在材料-组织界面发生
6、一系列相互作用后最终被人体组织所接受的性能，且材料对人体的正常生理功能无不良影响、无毒、无排异反应等2。人工关节置换具有关节活动较好，可早期下地活动，减少病人长期卧床的并发症等优点。1.1.2分类人工髋关节假体仿照人体髋关节的结构，假体柄部插入股骨髓腔内，利用头部与关节臼或假体金属杯形成旋转，实现股骨的屈伸，外展内敛和外旋内旋等运动。髋关节置换包括人工股骨头置换，全髋关节置换和髋关节表面置换。（1）人工股骨头置换人工股骨头置换也称半置换，主用用于高龄股骨胫骨折，优点是操作方便，手术时间短，费用低，脱位后容易整复。缺点是适应症比较局限，一般认为，只有患者髋臼没有病变而且耐受手术的能力较差时才考虑
7、人工股骨头置换。（2）全髋关节置换20 世纪60 年代，随着 John Charnley 所研制的全髋关节的出现，使全髋关节 5。它由如下系列单元技术组成： CT图象摄取； CT图象输送与处理； 三维造型； 匹配设计； CAM。定制型髋关节假体考虑了患者股骨的解剖学特征（髓腔，转子等），与患者股骨较为匹配，在一些股骨形态异常的髋关节置换术中较多采用定制型假体67。系列假体由于受产品规格限制，使得假体与患者骨的匹配程度较低，术后易出现双下肢不等长的现象，不同程度影响了患者的术后生活质量。定制式人工髋关节即可解决这一不足，但其成本较高。（3）基于CT 片的设计目前定制型髋关节股骨侧假体设计主要根据
8、患者的 CT片，设计分为以下几个步骤，首先，对患者诊断以后，通常采用图像处理软件对患者股骨 CT-扫描图像进行处理，提取其边缘数据，根据这些边缘数据利用 CAD软件将需要的关节区域三维重建出来，第二步根据三维重建出来的关节模型，设计假体三维形状，然后采用有限单元法分析设计出的假体受力情况，最终设计者要与骨外科医生共同分析设计出的假体，假体设计综合考虑医生的观点（如假体与股骨腔贴合程度，假体球头和颈部尺寸以及假体外部活性涂层等）8。这种定制型人工髋关节设计存在着一些缺陷，如在人工髋关节翻修术中，无法获得患者髋关节 CT片，只能获得 X光片，另外髋关节股骨侧假体形状一般较为复杂，需要在数控加工中心
9、上才能加工出关节假体，加工成本较高。(4) 基于X线片的设计X 线片的设计方法主要是利用两张 X线片(正、侧位)， 得出假体正侧位数据,再用简单的截面形状, 如矩形、椭圆形、扁形等设计出假体。设计主要包括光片处理， 维的线，二维的面和三维的体来构造形体。通过计算机辅助设计建立的立体的、有光的、有色的生动画面，虚拟逼真地表达大脑中的产品设计效果，比传统的二维设计更符合人的思维习惯与视觉习惯。三维造型技术从最初的三维 CAD已发展到目前专用的基于特征造型的三维软件，常用的三维造型软件有 UG、SolidWorks、SolidEdge、MDT、Pro/E、3DS max等。目前，随着企业创新设计能力
10、的提高和网络计算环境的普及，产品设计和造型技术方面的发展趋势主要体现在标准化，网络化，集成化，和智能化等方面，其主要特征是将各种先进的信息技术，管理技术在更广的领域，更深入地应用于产品设计，制造的全过程。在产品建模和造型技术方面，目前研究和应用的重点主要在计算机辅助概念设计，计算机支持的协同设计，数字化装配技术，产品结构模型，虚拟产品造型等方面。进入 70年代以来，随着计算机断层扫描，核磁共振成像术的产生和发展，结核现代计算机技术，可准确快速地提取患者骨骼特定截面的二维数据12。但是，二维断层图象只是表达某一截面的解剖信息，仅由二维断层图象，很难建立起三维空间的立体结构，在放射治疗应用中，仅由二维断层图象上某些解剖部位进行简单的坐标叠加，不能给出准确的三维影像，造成病变(靶区)定位的失真与畸变13。为了提高医疗诊断和治疗规划的准确性与科学性，将二维断层图象序列转变为具有直观立体效果的图象，展现人体器官的三维结构与形态，从而提供若干用传统手段无法获得的解剖结构信息，并进一步为模拟操作提供视觉交互手段医学图象三维重建与可视化技术就是 11 / 12