定制髋关节假体数字化设计与制造技术研究

定制髋关节假体数字化设计与制造技术研究

管晓东1，郭毅伟1，徐开怀1，吴 琪2，庞 浜1，席文明1*

【摘 要】摘要：针对人体的髋关节具有个性化特征以及传统假体与股骨匹配后力传递不稳定等问题，对人体髋关节假体数字化设计、有限元力传递分析、基于机器人磨削的数字化加工进行了研究，提出了在设计、仿真和加工过程中将髋关节假体模型统一的方法，实现了定制式假体数字化设计、有限元力传递的分析和机器人磨削加工的一体化，初步建立了髋关节假体的数字化设计与制造、产品生命周期的服务模型，为数字化设计与制造技术在髋关节假体等骨科植入物中的应用建立了基础。实验结果表明：采用机器人数字化磨削加工定制式假体，保持机器人软件空间与实际工作空间一致，可以有效提高假体的制造精度，实现假体与股骨髓腔的最优匹配。 【期刊名称】机电工程 【年(卷),期】2017(034)003 【总页数】5

【关键词】定制；髋关节假体；数字化设计与制造；机器人磨削加工

0 引 言

数字化设计与制造的一个重要特征是提供产品的定制化[1]。它倡导产品使用者直接参与产品的设计，满足使用者特殊的功能需求。人体的髋关节具有个性化特征，髋关节假体的置换需要根据人体髋关节解剖结构进行设计与制造，才能最大限度恢复髋关节的生物力学功能[2]。现有国内的髋关节假体设计采用西方人口的解剖数据，依据股骨髓腔近端开口的几何形态，分等级设计髋关节假体，无法获得最优的手术置换效果。在股骨髓腔轴线方向，其髓腔断面不仅具有扭