膝關節置換
關注創建者：Nickel_Lee 創建時間：2023-11-19
膝關節置換的實例教程
全膝關節置換術后通過對股四頭肌肌力 進行計算分析來改善患者的膝關節屈曲度
行業：醫療/生物力學
挑戰：如何使用計算分析來量化評估 膝關節屈曲/伸展過程中髕骨扣 狀物厚度對股四頭肌肌力變化所造成的影響。
Altair 解決方案：利用AltairHyperMesh構建出極為精細的膝關節3D模型后進行 有限元分析。
優點：能夠構建代表人體真實膝關節 結構的基本3D模型。
背景介紹
膝前疼痛是全膝關節置換術(TKA)的主要術后并發癥。患者膝關節無法自由伸 展/屈曲，對其行走、抬腿或從座位站起等日常活動造成顯著影響。這種膝關節活動嚴重受限的情況是需要進TKA翻修術最常見的適應癥之一。導致這一狀況的原因是手術過程中膝關節髕骨組件尺寸欠佳——這一“紐扣狀”組件的作用是改善股四頭肌伸展力的機械性能。克萊姆森大學生物工程系生物力學研究組通過應用基于HyperWorks的有限元分析，評估了髕骨扣狀物厚度對股四頭肌肌力變化程度造成的影響。
50多年來，克萊姆森大學生物工程系始終注重對學生、教師和研究人員進行 培養，為他們在理論知識、專業技能和個人發展上提供了諸多寶貴機遇。所有教師均擁有豐富的本科生和研究生科研指導經驗，在他們的帶領下，生物工程系的學生能夠有效利用工程原理來了解和治療疾病。此外，該系還與多名醫師和企業家展開合作，確保其研究課題始終著眼于高優先級的醫療挑戰。在系主任MartineLaBerge 博士的領導下，克萊姆森大學和南卡羅來納醫科大學還在南卡羅來納州的查爾斯頓共同啟動了生物工程項目，這使雙方的合作關系進一步加強。
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Smith&Nephew 使用了 3D 打印的切割導板，這些輔助導板簡化了膝關節手術步驟。而這些省掉的步驟在 Smith& Nephew 原來的膝關節置換手術中就占了四分之一4。
圖1 BodyCad的3D打印切割輔助簡化了膝關節置換手術的手術步驟
與機械零件或設備不同，人體組織都是個性化的。例如，將近 500 萬美國人5 經歷了膝關節置換手術。術后，他們的生活質量和基本運動能力在很大程度上取決于手術的精確度。通用的手工工具目前依舊是按現有標準方案執行，與此同時，增材制造在個性化手術中已經成為一種低成本和高精度的手段，并可實現大規模定制。
另一個例子是 Bodycad，該公司生產定制的骨科修復產品，他們利用 3D 成像技術，精確地繪制出病人的膝蓋。然后，Bodycad 使用 3D 打印技術來精確的定制切割工具(圖1)和替換假肢(圖2)。實驗室數據顯示，這些切割輔助比手持工具更精確，和機器人輔助系統一樣精確，但省卻了機器人的固定設備成本的投入6。
每次手術中，增材制造生產的膝蓋切割輔助可以節省 900 多美元7，這些案例直接使手術時間縮短了 3 周，手術中減少了 21 個步驟8。與標準的全膝關節置換手術相比，增材制造在減少手術步驟、減少手術時間的同時，降低了成本。更重要的是，它使外科醫生能夠通過更精確的方法來保存骨骼和組織，從而提高病人的長期療效。
圖2 Bodycad使用3D打印技術來制造精確的假體置換
增材制造的臨床進展
增材制造越來越多地應用于臨床修復學，為創造個性化的手術體驗提供了新的機會，以滿足患者獨特的需求。例如，它允許工程師簡化過程，比如在植入物中添加一個多孔的表層，以確保更好的骨整合，從而使得患者的骨更好在其中生長。
展開 同時南極熊發現，3D打印產品占比12.2%， 其中3D打印髖關節仍保持了21.8%的快速增長。。
受COVID-19疫情影響，增長速度明顯放緩。截至2020年12月31日止年度，愛康醫療實現收入人民幣10.35億元，較2019年增長11.7%，2020年年報凈利31400.70萬元，淨溢利亦較2019年增加17.6%。收入的持續增長一方面是公司借助3D打印技術和3D ACT平臺樹立品牌形象，有效地推動了3D打印產品和常規髖膝關節產品的銷售所致。另一方面，集團新收購理貝爾后，快速拓展了脊柱和創傷內植入物業務，使得銷售收入增加。
髖膝關節置換內植入物產品
髖膝關節置換內植入物產品產品包括膝關節置換內植入物及髖關節置換內植入物。髖關節置換內植入物于截至2020年12月31日止年度錄得收入為人民幣571.0百萬元，較截至2019年12月31日止年度的人民幣544.4百萬元增長了4.9%。該增長乃由于集團借助3D打印技術和已在市場上樹立的良好品牌形象，使得髖關節置換內植入物銷量增長所致。于相同期間，由于新冠疫情導致來自英國的JRI收入下降部分抵銷了中國市場的收入增長。膝關節置換內植入物于截至2020年12月31日止年度錄得收入為人民幣258.0百萬元，較截止2019年12月31日止年度的人民幣229.7百萬元增長了12.3%，該增長主乃由于集團借助AHK等疑難複雜膝關節手術解決方案的上市，進一步鞏固了集團在膝關節全面解決方案提供者的品牌形象，促進了高性價的膝關節產品銷量增長所致。
金屬3D打印植入物產品
3D打印產品主要包括3D打印髖關節置換內植入物、 3D打印人工椎體及椎間融合器和3D打印人工骨盆植入物。
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【科研摘要】
仿生關節軟骨的制造一直是一個熱門話題，因為許多人都患有軟骨退行性變。
在各種替代材料中，具有生物相容性且低摩擦的
PVA基水凝膠顯示出其替代天然軟骨的特殊潛力。然而，大多數水凝膠的多孔性質在液體環境中易于不可避免地溶脹或降解，從而限制了它們在組織工程的實際臨床應用中的才能。
最近
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哈爾濱工程大學
張馨月博士
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接觸面積 有限元分析步驟.pdf
股四頭肌肌力變化的減小與全膝關節置換術(TKA)術后膝前疼痛的減輕直接相關。
對于膝關節分析來說，建立一個完整的三維有限元計算模型，不僅可以了解各部位的應力分布和工作原理，還有助于人工膝關節置換的合理設計。
