论文研究 - 颞下颌关节假体的拓扑优化和疲劳分析

下颌骨肿瘤的治疗通常涉及广泛挖出患骨，然后进行下颌骨重建。 可能需要假体植入物来恢复颌骨功能。 制造假骨植入物的挑战包括应力屏蔽和延长植入物的机械寿命。 我们开发了一种设计算法来提高假体设计的效率。 通过计算机断层扫描来构建患者病例的有限元模型，并且计算机实施拓扑优化技术以设计受高度生物力学兼容性影响的有限应力屏蔽的假体。 拓扑优化通过自动在结构中引入孔来简化轻质结构的设计。 这是通过工程预定的约束条件来满足某些工作规范的。 在准备制造和使用该设计之前，将对其疲劳寿命进行测试。 拓扑优化可以作为设计过程执行，以实现考虑应力屏蔽的最终设计。 通过使整形外科植入物的刚度与要更换的原始骨骼相匹配，可以解决应力屏蔽问题。 我们使用的材料是钛合金（Ti-6Al-7Nb）。 使用正统植入物的体积分数（对于研究案例为0.2872）作为体积约束。 将大块骨头的柔度设置为进一步的约束条件，以使骨头的刚度与设计的结构相匹配。 我们的结果表明，设计零件具有良好的预期寿命，与基于法规遵从性的拓扑优化相比，基于应力的拓扑优化的预期寿命高出12％。