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PEEK颈椎融合器的拓扑优化设计
被引量：
4
1
作者
李楠
唐桥虹
+4 位作者
王宏坤
李祖昌
何达
王丽珍
樊瑜波
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期598-606,共9页
为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3~C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5~C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模...
为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3~C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5~C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型。将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域。先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化,并结合加权柔度优化。经过两次拓扑优化后,再对融合器的构型提取分析。研究结果表明:PEEK融合器的优化结构为环形,前方缺失,材料集中分布于后部及两侧;当体积分数分别为50%和30%时,融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状,前者比后者增加了与终板的接触面积;优化后的融合器通过降低自身应力,增加了内部植骨块所受的应力。本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型,不受初始设计域变化的影响,且可以有效减少应力遮挡,增加植骨块的应力传导,将有助于促进融合。
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关键词
颈椎
融合器
拓扑优化
有限元分析
聚醚醚酮
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职称材料
题名
PEEK颈椎融合器的拓扑优化设计
被引量：
4
1
作者
李楠
唐桥虹
王宏坤
李祖昌
何达
王丽珍
樊瑜波
机构
北京大学第四临床医学院
北京航空航天大学生物与医学工程学院
北京航空航天大学医学科学与工程学院
出处
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期598-606,共9页
基金
国家自然科学基金委面上项目(No.12172034)
北京市自然科学基金面上专项(No.7222304)
北京积水潭医院医工企交叉横向课题项目(No.2-3-1-1-164-02)。
文摘
为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3~C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5~C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型。将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域。先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化,并结合加权柔度优化。经过两次拓扑优化后,再对融合器的构型提取分析。研究结果表明:PEEK融合器的优化结构为环形,前方缺失,材料集中分布于后部及两侧;当体积分数分别为50%和30%时,融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状,前者比后者增加了与终板的接触面积;优化后的融合器通过降低自身应力,增加了内部植骨块所受的应力。本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型,不受初始设计域变化的影响,且可以有效减少应力遮挡,增加植骨块的应力传导,将有助于促进融合。
关键词
颈椎
融合器
拓扑优化
有限元分析
聚醚醚酮
Keywords
cervical spine
interbody fusion cage
topology
finite element analysis
polyether ether ketone
分类号
R318 [医药卫生—生物医学工程]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
PEEK颈椎融合器的拓扑优化设计
李楠
唐桥虹
王宏坤
李祖昌
何达
王丽珍
樊瑜波
《应用力学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2022
4
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