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3D打印聚醚醚酮固定型手腕矫形器的生物力学分析及结构优化
1
作者
邱子彦
朱凌锋
+5 位作者
张贺然
尹文成
汤磊
邹东明
陈斌凌
王玲
《医用生物力学》
北大核心
2025年第2期378-386,共9页
目的针对个性化手腕矫形器的临床需求,提出一种拓扑优化设计方法,以实现个性化、轻量化且舒适度高的手腕矫形器宏微结构一体化优化设计。方法建立手腕矫形器和上肢的复合生物力学有限元模型,量化研究矫形器几何参数对其佩戴固定效果及...
目的针对个性化手腕矫形器的临床需求,提出一种拓扑优化设计方法,以实现个性化、轻量化且舒适度高的手腕矫形器宏微结构一体化优化设计。方法建立手腕矫形器和上肢的复合生物力学有限元模型,量化研究矫形器几何参数对其佩戴固定效果及舒适度的影响。采用多工况拓扑优化和微结构设计,对其非承力区进行设计优化;利用3D打印技术,以聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)制造矫形器,评价验证设计合理性。结果在保证机械强度的前提下,3D打印PEEK矫形器的重量相较于传统矫形器减轻了28%;皮肤接触界面压强和主观问卷表明受试者佩戴矫形器体验良好。结论在保证机械强度和固定效果的同时实现了矫形器的个性化、轻量化和高舒适度设计。
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关键词
手腕矫形器
个性化设计
生物力学分析
有限元分析
拓扑优化
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职称材料
增材制造聚醚醚酮/羟基磷灰石多孔植入物骨整合的力学机制
2
作者
孙畅宁
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第S01期29-29,共1页
目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力...
目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力学环境对骨整合的影响规律,为PEEK复合材料骨植入物的材料和结构设计提供支撑。方法在细胞试验方面,研究了复合材料中HA含量对成骨细胞行为的影响,并探究了其信号通路;在动物实验方面,使用3D打印方法制备了材料组分0~40 wt%HA/PEEK、孔隙尺寸0.2~1.4 mm及3种孔型的支架,通过兔股骨髁动物实验模型研究支架在植入后4~12周的骨整合情况;在生物力学分析方面,通过数值模拟结合实验研究了不同支架的渗透性、力学性能和支架-骨应力传导。结果PEEK/HA复合材料通过释放钙离子激活FAK及其下游蛋白通路,对成骨细胞的增殖、铺展和贴附有促进作用。HA含量对支架的骨整合起到积极作用,40 wt%HA/PEEK复合材料支架的骨整合接近于钛合金支架。结构渗透性对支架早期骨整合有主导性作用,而支架内的远期骨整合主要受支架-骨应力传导效应的调控。结论本文系统地研究了材料、结构和力学环境对PEEK/HA支架骨整合的协同作用机制,为PEEK基复合材料骨植入物的设计提供了理论依据。
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关键词
骨植入物
动物实验模型
骨整合
增材制造
成骨细胞
羟基磷灰石
生物力学分析
聚醚醚酮
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职称材料
题名
3D打印聚醚醚酮固定型手腕矫形器的生物力学分析及结构优化
1
作者
邱子彦
朱凌锋
张贺然
尹文成
汤磊
邹东明
陈斌凌
王玲
机构
西安交通大学
机械工程学院
西安交通大学
国家
药监局医用增材制造器械研究与评价重点实验室
西安交通大学
国家
医学
攻关
产
教
融合
创新
平台
(
中心
)
北京理工
大学
机械与车辆学院
出处
《医用生物力学》
北大核心
2025年第2期378-386,共9页
基金
国家重点研发计划项目(2023YFB4603500,2022YFB4600500)
中央高校基本科研业务费专项资金
陕西省创新团队计划(2023-CX-TD-17)。
文摘
目的针对个性化手腕矫形器的临床需求,提出一种拓扑优化设计方法,以实现个性化、轻量化且舒适度高的手腕矫形器宏微结构一体化优化设计。方法建立手腕矫形器和上肢的复合生物力学有限元模型,量化研究矫形器几何参数对其佩戴固定效果及舒适度的影响。采用多工况拓扑优化和微结构设计,对其非承力区进行设计优化;利用3D打印技术,以聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)制造矫形器,评价验证设计合理性。结果在保证机械强度的前提下,3D打印PEEK矫形器的重量相较于传统矫形器减轻了28%;皮肤接触界面压强和主观问卷表明受试者佩戴矫形器体验良好。结论在保证机械强度和固定效果的同时实现了矫形器的个性化、轻量化和高舒适度设计。
关键词
手腕矫形器
个性化设计
生物力学分析
有限元分析
拓扑优化
Keywords
wrist orthosis
personalized design
biomechanical analysis
finite element analysis
topological optimization
分类号
R318.01 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
增材制造聚醚醚酮/羟基磷灰石多孔植入物骨整合的力学机制
2
作者
孙畅宁
机构
西安交通大学
精密微纳制造技术全国重点实验室
西安交通大学
国家
药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室
西安交通大学
国家
医学
攻关
产
教
融合
创新
平台
(
中心
)
出处
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第S01期29-29,共1页
基金
国家自然科学基金项目,12202347,51835010
文摘
目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力学环境对骨整合的影响规律,为PEEK复合材料骨植入物的材料和结构设计提供支撑。方法在细胞试验方面,研究了复合材料中HA含量对成骨细胞行为的影响,并探究了其信号通路;在动物实验方面,使用3D打印方法制备了材料组分0~40 wt%HA/PEEK、孔隙尺寸0.2~1.4 mm及3种孔型的支架,通过兔股骨髁动物实验模型研究支架在植入后4~12周的骨整合情况;在生物力学分析方面,通过数值模拟结合实验研究了不同支架的渗透性、力学性能和支架-骨应力传导。结果PEEK/HA复合材料通过释放钙离子激活FAK及其下游蛋白通路,对成骨细胞的增殖、铺展和贴附有促进作用。HA含量对支架的骨整合起到积极作用,40 wt%HA/PEEK复合材料支架的骨整合接近于钛合金支架。结构渗透性对支架早期骨整合有主导性作用,而支架内的远期骨整合主要受支架-骨应力传导效应的调控。结论本文系统地研究了材料、结构和力学环境对PEEK/HA支架骨整合的协同作用机制,为PEEK基复合材料骨植入物的设计提供了理论依据。
关键词
骨植入物
动物实验模型
骨整合
增材制造
成骨细胞
羟基磷灰石
生物力学分析
聚醚醚酮
分类号
R318.08 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
3D打印聚醚醚酮固定型手腕矫形器的生物力学分析及结构优化
邱子彦
朱凌锋
张贺然
尹文成
汤磊
邹东明
陈斌凌
王玲
《医用生物力学》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
增材制造聚醚醚酮/羟基磷灰石多孔植入物骨整合的力学机制
孙畅宁
《医用生物力学》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
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