【摘 要】
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距骨作为连接下肢和足部的枢纽,与胫骨远端、腓骨下端共同组成踝关节。同时距骨是下肢与足的力学转折点,在承担人体正常行走及运动载荷时应力较为集中,易使距骨受到创伤后造成塌陷性坏死。针对距骨塌陷性坏死,目前临床上常用关节融合术,但该术式会极大限制踝关节活动能力。为保留踝关节活动性,发展个性化定制假体用于置换坏死距骨已成为医工交互领域热点。距骨假体置换材料多为金属,其重量大、弹性模量高、磨损骨质等缺陷使其
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距骨作为连接下肢和足部的枢纽,与胫骨远端、腓骨下端共同组成踝关节。同时距骨是下肢与足的力学转折点,在承担人体正常行走及运动载荷时应力较为集中,易使距骨受到创伤后造成塌陷性坏死。针对距骨塌陷性坏死,目前临床上常用关节融合术,但该术式会极大限制踝关节活动能力。为保留踝关节活动性,发展个性化定制假体用于置换坏死距骨已成为医工交互领域热点。距骨假体置换材料多为金属,其重量大、弹性模量高、磨损骨质等缺陷使其较易产生二次损伤,且距骨的形态不规则、表面特征结构复杂致使对其制备工艺要求极高。本研究采用非金属塑性聚醚醚酮（Poly-ether-ether-ketone,PEEK）作为距骨置换假体的新材料,且为提高个性化定制距骨的结构精度、适配度以及距跟关节融合效果,本文从生物力学仿真、假体制备和表面改性三个方面,对PEEK个性化定制距骨展开研究。1.构建个性化高精度逆向三维模型,验证理论植入可行性。利用患者电子计算机断层扫描数据,采用循环叠加法捕捉边缘像素点,重构并后处理全距骨模型,输出高精度个性化定制距骨模型。通过有限元方法比较PEEK和钴铬钼距骨假体对周围骨骼和软组织应力分布影响,实现模型与仿真数据交互,完成个性化距骨模型逆向设计与仿真全过程,验证PEEK距骨假体的植入可行性。2.提出制备精确PEEK距骨假体实体的全流程工艺方案。基于距骨表面异型分布的结构特点,采用减材制造和注塑工艺联合制备PEEK距骨实体。为确保距骨顺利从型腔中脱出,投影各曲面外周曲线最大轮廓线确定分型面,通过减材制造工艺,制备多分模距骨模具。为保证型腔曲面完整度和精准度,通过注塑工艺制备假体实体,并控制注塑关键参数,如控制注塑压力、注塑时间等,确保注塑后距骨的外观尺寸、致密性和强度等满足要求。3.基于飞秒激光在PEEK表面制备周期性微结构,提高成骨分化性能。通过飞秒激光在样品表面制备微米/纳米复合结构,并观察其处理后的表面形貌和改性特征,进行多项体外细胞实验并对PEEK的成骨分化特性进行生物学评价,得到最优促成骨表面微结构,提高距跟融合效果。
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