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背景膝关节是下肢运动中使用率较高负重较大的关节,易发生磨损。人工全膝关节置换术是治疗严重膝关节病变的有效手段,已在临床中广泛引用,但每年仍有大批患者需要进行二次修复手术。假体材料磨损、假体松动、局部出血、炎症是导致假体二次修复的主要诱因。有研究表明,个性化设计的膝关节假体,更能适应人体的运动习惯与力学环境。但在实际设计过程中,严重膝关节病变的患者,往往缺少完整的数据,设计不够精确。目的为了探究一种精确的个性化膝关节假体设计思路,有效降低二次修复的概率,有效提高假体使用时间,本文提出利用健侧数据为模板并结合关节曲面参数拟合方法个性化设计膝关节假体。同时,通过python语言建立三维模型连续性的自动筛选系统,可自动完成建模、曲面优化及模型有效性的筛除工作。方法1.假体设计方案的可行性验证收集有效数据双侧胫骨18例,双侧股骨69例,利用Geomagic偏差分析功能,验证双侧膝关节的相似性。2.膝关节假体的设计基于逆向工程技术重建股骨假体。利用原始数据蒙版点位,提取关节面滑道轨迹记录各点坐标,并确定旋转位置。在excel中生成特征曲线,通过matlab、Solidwork等软件生成曲面。其余部分通过布尔函数整合成为胫骨部分假体。结果1.小于1mm的区域超过了总分析区间的90%的样本数分别占总样本数的85.5%和 83.3%。股骨相似程度为0.3427±0.9956mm,胫骨的相似程度为0.4165±1.0714mm。光顺后双侧胫骨、股骨体积、表面积分别进行配对t检验。光顺后双侧胫骨体积、表面积的无明显差异(P=0.979和0.723,n=18,a=0.02)。光顺后双侧股骨体积、表面积无明显差异(P=0.042和0.174,n=69,a=0.02)。2.通过标记特征轨道的各点坐标并通过excel软件生成曲线函数,构建胫骨假体,关节面区域在直立状态下最大应力值为1.926MPa,接触区域形状为规则的椭圆形,且接触边缘应力较中心位置较小,在文献中标准假体的参考值1.852MPa±0.5620 范围内。结论1.双侧膝关节具有较高程度的相似性,可利用镜像方法提取关节参数进行设计。2.与标准假体相比,关节面区域最大应力值相似。膝关节假体股骨部分,利用参数提取法设计胫骨部分的个性化假体,可设计出符合实际关节特征,且曲面高度拟合的膝关节假体。