【正文】 時股骨愈合的一般規(guī)律。 :本次試驗選取防腐股骨，骨并在其股骨中段處制造出約3mm的橫斷間隙。在模擬橫形骨折的前提下，選取三只彈性模量適當(dāng)生物材料制作出填充在與橫斷處的材料試件，三種填充物用來模擬骨愈合的三個階段的骨痂的彈性模量。使用鈦合金接骨板及適量骨釘固定斷骨，并在股骨與接骨板的8個位置黏貼應(yīng)變片并進(jìn)行編號。由于骨釘是力傳導(dǎo)的關(guān)鍵媒介，所以黏貼位置分別為骨釘?shù)膬啥耍?4應(yīng)變片黏貼在股骨臨近骨釘?shù)牟课唬?8應(yīng)變片黏貼在接骨板臨近骨釘?shù)奈恢?。通過記錄應(yīng)變片在三個階段的應(yīng)變值，了解接骨板與股骨對應(yīng)部位的應(yīng)變及應(yīng)力變化情況。 股骨中段橫行骨折固定尺寸以及貼片位置 ：干骨、鈦合金接骨板、骨釘、橫斷處填充材料（E松木E橡膠E聚氨酯）、應(yīng)變片若干、連接線若干、鋼鋸、焊槍、焊錫、絕緣紙、剪刀、及粘合劑。 ：萬能電子試驗機(jī)、。 實驗設(shè)備：將應(yīng)變片連接動態(tài)應(yīng)變測試儀的八個通道，然后將裝配好的股骨骨折系統(tǒng)放于萬能力學(xué)試驗機(jī)上預(yù)加載，將儀器調(diào)零，同時將加載力與位移調(diào)零，加載力將由150N以每次50N的梯度加載只打到500N。通過應(yīng)變測試儀記錄八個應(yīng)變片的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，、。動態(tài)應(yīng)變測試儀的數(shù)據(jù)以橡膠為例，數(shù)值穩(wěn)定后取絕對值最大值為該片在該力加載下的應(yīng)變值。 以150N為基礎(chǔ)，以每次加50N的梯度加載至500N，同時記錄每次加載后8個應(yīng)變片的相應(yīng)應(yīng)變數(shù)據(jù)。整理數(shù)據(jù)后，8個應(yīng)變片隨加載力的增加的變化情況，、。1模型對照股骨干骨折系統(tǒng)有限元分析模型與實物的對照。 對照圖2 有限元分析結(jié)果與數(shù)據(jù)獲取經(jīng)過材料賦值、劃分網(wǎng)格、約束、加載、后處理等操作后，可通過“Main Menu→ Preprocessor→General postproc→Query Result→Subgrid solu顯示在加載后股骨骨折系統(tǒng)的八個應(yīng)變片相對應(yīng)的接骨板及股骨等部件的應(yīng)力情況。由于應(yīng)變片顯示的應(yīng)變?yōu)閆方面的應(yīng)變，故選取數(shù)據(jù)時只選取了Z方面應(yīng)力。 選取數(shù)據(jù)的對話框。用此方法可將八個應(yīng)變片對應(yīng)股骨骨折系統(tǒng)位置的應(yīng)力值一一測出，然后按照公式：（應(yīng)變值，應(yīng)力值，E彈性模量值）可計算得出相應(yīng)點的應(yīng)變值。本章首先對電測法的基本概念及電測法的特點進(jìn)行簡單介紹，并且分析了電測法在生物力學(xué)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計了骨愈合力學(xué)實驗，并進(jìn)行了實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計。第五章 股骨有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果的對照 將第四章所設(shè)計的實驗獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最后利用計算出的有限元分析結(jié)果與實踐結(jié)果的對照。通過實驗測量得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理、統(tǒng)計，分別繪制了填充三種材料下8個應(yīng)變片的應(yīng)變值的折線圖，、。 應(yīng)變片的為應(yīng)變值（填充材料為聚氨酯） 應(yīng)變片的為應(yīng)變值（填充材料為松木）（填充材料為橡膠）在填充材料為聚氨酯即骨折最初期時，應(yīng)變片6及7處的接骨板受到拉伸力，其余各處均受到壓縮力。隨著載荷的逐漸增加，應(yīng)變片5與8的應(yīng)變值同樣逐漸增大，增加到最大，其中5應(yīng)變片的應(yīng)變值最大，5應(yīng)變片處于接骨板臨近股骨骨折且離股骨近端較近位置；8應(yīng)變片位于接骨板臨近股骨骨折且離股骨遠(yuǎn)端較近的位置。推測出剛骨折時，股骨骨折系統(tǒng)中主要應(yīng)力由接骨板承擔(dān)。在填充材料為橡膠即骨愈合初期時，應(yīng)變片7及8處的接骨板受到拉伸力，其余各處均受到壓縮力。隨著載荷的逐漸增加，應(yīng)變片5與8的應(yīng)變值同樣逐漸增大，增加到最大，其中5應(yīng)變片的應(yīng)變值最大，推測出剛骨折時，股骨骨折系統(tǒng)中主要應(yīng)力由接骨板承擔(dān)。但明顯可以看出，應(yīng)變片4的應(yīng)變值比填充物為聚氨酯時大了許多，且成為了除應(yīng)變片5以外最大值的應(yīng)變片；4應(yīng)變片位于股骨上離股骨近端最近的位置，這說明隨著股骨的愈合，股骨骨折系統(tǒng)中股骨逐漸開始承擔(dān)越來越多的應(yīng)力。在填充材料為松木即骨愈合后期時，應(yīng)變片7處接骨板受拉伸力，其余各處均為壓縮力。隨著載荷的增加，應(yīng)變片4的應(yīng)變值增加最大，且4應(yīng)變片的應(yīng)變值最大；所以可以推測出愈合后期，股骨骨折系統(tǒng)的主要應(yīng)力由股骨承擔(dān)。將實驗數(shù)據(jù)中的250N的數(shù)據(jù)單獨提取。 實驗結(jié)果與有限元分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計 實驗數(shù)據(jù)整理 仿真數(shù)據(jù)整理、。觀察股骨上的應(yīng)變轉(zhuǎn)移情況：初時，應(yīng)變片1處的應(yīng)變相比其他三處應(yīng)變片為最大，隨著股骨的愈合，應(yīng)變逐漸向應(yīng)變片4逐漸轉(zhuǎn)移。接骨板上的5~8四個應(yīng)變片沒有明顯轉(zhuǎn)移應(yīng)變的情況。有限元分析結(jié)果與實驗結(jié)果同樣反映了這一規(guī)律。通過仿真數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的共同規(guī)律可以看出：骨折前期應(yīng)變片5~8處應(yīng)變較大，到骨折后期逐漸減?。欢鴳?yīng)變片1~4處骨折前期應(yīng)變較小，到骨折后期逐漸增大，這與骨愈合過程中應(yīng)力轉(zhuǎn)移的實際情況是相吻合的。本章對有限元分析結(jié)果與力學(xué)實驗結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)匯總與分析，通過力學(xué)性能實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的應(yīng)力應(yīng)變情況，對有限元分析結(jié)果進(jìn)行了對比。第六章 結(jié)論與展望 結(jié)論論文主要研究鈦合金接骨板固定的股骨骨折系統(tǒng)的有限元分析及實驗驗證。盡管很多學(xué)者已經(jīng)對股骨的有限元分析做了大量的研究，但幾乎都局限于股骨或接骨板本身，而對接骨板固定股骨的股骨骨折系統(tǒng)中接骨板與股骨的應(yīng)力分析很少，這已經(jīng)不能滿足科技的發(fā)展和臨床需求；論文先利用有限元法模擬分析股骨骨折系統(tǒng)在股骨愈合期的5個階段，記錄應(yīng)力分布與轉(zhuǎn)移情況；然后對有限元分析結(jié)果進(jìn)行了力學(xué)性能實驗。論文研究過程：（1）基于CT掃描數(shù)據(jù)，通過Mimics醫(yī)學(xué)軟件分別構(gòu)建股皮質(zhì)骨的三維立體模型，完成了初期點云的處理；并應(yīng)用Geomagic反求工程軟件對初期點云進(jìn)行曲面化，重建股骨的三維模型。相比以往的以干骨為基礎(chǔ)重建股骨在技術(shù)方面有所提高，是骨生物力學(xué)的前沿技術(shù)。（2）設(shè)計了防腐股骨有限元分析與實驗。在研究防腐骨骨折系統(tǒng)的應(yīng)力情況。（2）考慮了股骨愈合過程，用三種彈性模量的材料填充斷骨處，以模擬三個骨愈合階段骨痂的彈性模量來研究股骨愈合過程中的應(yīng)力情況。較之以往的單獨以骨折時的股骨為研究對象有所提高，反應(yīng)了骨愈合過程中應(yīng)力的變化。（3）應(yīng)用電測法對股骨骨折系統(tǒng)做了力學(xué)性能實驗，對鈦合金固定股骨骨折系統(tǒng)的有限元分析做了實驗驗證。本文對鈦合金固定股骨骨折系統(tǒng)的有限元分析及實驗驗證進(jìn)行了研究，取得了一定的成果，但是由于研究內(nèi)容涉及的內(nèi)容多、范圍廣，缺乏一定的臨床經(jīng)驗與知識面，并且實驗條件有限，因此研究工作不免存在諸多不足，需要進(jìn)一步完善。（1）在通過CT圖像重建股骨三維模型過程中，只是基于灰度值分割了皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨，賦予屬性的材料個數(shù)比較比較少，模型較為簡單。可以通過更多的分類材料來更精確的進(jìn)行運算。分割皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的灰度值是前人的經(jīng)驗所得，并未經(jīng)過親自驗證，可能存在一定誤差。（2）在進(jìn)行有限元分析過程中，將股骨視為同一材料并且是線性彈性體，但事實上股骨結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是非線性材料，還將骨釘簡化為圓柱體，這一系列簡化操作勢必造成一定的誤差。（3）在進(jìn)行有限元分析過程中，模型的加載力是直接在股骨上的，而股骨的實際受力情況相當(dāng)復(fù)雜。如能重建整個下肢模型進(jìn)行有限元分析，會更切合股骨的實際受力情況。（4）在進(jìn)行力學(xué)性能實驗過程中，從股骨骨折系統(tǒng)的約束到加載，在一個個操作步驟中都不免有一些誤差。這將對最后測量的結(jié)果造成影響。 （5）由于實驗條件有限，研究只是對股骨骨折系統(tǒng)有限元分析的軸向加載進(jìn)行了實驗驗證，并且只考慮了加載情況下軸向的應(yīng)變。如條件足夠的情況下，對股骨骨折系統(tǒng)的所有加載方式進(jìn)行實驗驗證會更好。參考文獻(xiàn)[1]，2005年，第29卷（第3期）：26頁[2]熊雁，王愛民，2008年，第17卷（第1期）：55頁[3] 張清功，馬信龍，生物醫(yī)學(xué)工程與臨床，2008年11月，第12卷（第6期）：446頁[4]，2010年，第1期[5]，2010年，第12期 [6] [7]呂厚山. 人工關(guān)節(jié)的新進(jìn)展[J]. 中華創(chuàng)傷骨科雜志，2000年第20卷第4期 [8]，2006年11月，第19卷（第11期）：674頁[9]Shivans Sathasinvam, peter S, Walker. Custom Constrained Condylar total knees using CAD/CAM[J]. Knee. 2005,6:4953[10] 王會剛等. 快速成型技術(shù)的多領(lǐng)域應(yīng)用與發(fā)展[J]. 大連理工大學(xué)模具， [11]蔡克中，鐘硯濤. 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用[J]. 包裝工程，[12]Brown GA, F iroozbakh sh K, DeCo ster TA, et al. Rapid prototyping: the future of trauma surgery? J Bone Joint Surg (Am)[J]. 2003[13]李洋，徐人平. 快速成型技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械產(chǎn)品與科技，[14]羅輯，黃強等. 快速成型技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 起重運輸機(jī)械，[15]馮元禎. 生物力學(xué)簡述[M]. 北京：科學(xué)出版社，1980[16]康慶林，張春才，（BO）概念、2003年，2月，第11卷（第4期），270頁[17]王大勇，中國骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，2008年8月，第23卷（第8期），702頁致謝本論文在董黎敏導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠(yuǎn)。不僅使本人樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問題都得以解決。所以在此，再次對老師道一聲：老師，謝謝您！時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！在此我向天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的所有老師表示衷心的感謝，謝謝你們四年的辛勤栽培，謝謝你們在教學(xué)的同時更多的是傳授我們做人的道理，謝謝四年里面你們孜孜不倦的教誨！42