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摘要
背景:传统脊柱支具的设计制作具有贴合性差、加工周期长等缺点;采用计算机辅助设计及3D打印脊柱支具具有个性化、矫正位置准确、设计制作时间短等优势。目的:将计算机辅助工程、生物力学分析和熔融沉积建模技术相结合,提出一种3D打印制作脊柱支具的可行性方案。方法:构建1例完全基于人体解剖学特发性脊柱侧凸患者的有限元模型,基于患者体廓信息及三点受力原理,参数化设计支具模型且对其生物力学性能分析。患者对试验方案知情同意,且得到医院伦理委员会批准。对支具进行有限元结构的优化分析获得结构最佳支具模型,并利用3D打印技术将其打印,最后对患者进行穿戴满意度评价。结果与结论:①对穿戴支具的生物力学性能进行有限元分析预测其矫正效果,对患者胸、腰侧弯位置分别施加10组不同大小的束紧力,患者胸腰椎侧弯最大矫正率达78%和82%;②设置10组优化参数,对支具进行拓扑优化分析,依据结果对支具进行适当的减材处理,再将模型传输到3D打印机快速打印支具;③患者穿戴支具的评价反馈结果显示,采用数字化设计的脊柱支具与患者贴合性较好,具有较高的矫正率;④提示所提出的利用3D打印制作脊柱支具的方案具有可行性,可为后续3D打印支具在临床中的大量应用提供参考。
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单位大连交通大学; 郑州市骨科医院
