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髓腔血管再生型股骨柄的结构设计与测试
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2010-09-07
刘埃生
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本研究的目的為研發一種能兼顧適當力學強度以及足夠髓腔空間供血管再生的股骨柄。本研究分為兩部分，第一部份為骨柄的基本構型設計與測試。採用中空且具有孔洞的概念以得到足夠的髓腔空間。為研究不同中空參數對於骨柄應力的影響，本研究利用三維有限元素模型來分析不同設計參數之中空骨柄在ISO7206-4負載條件下的應力分佈。中空參數包括三種厚度、九種深度以及兩種孔洞型態，這些參數互相搭配並觀察應力變化的趨勢。最後根據有限元素分析的結果選定適當的參數，最終的中空骨柄為近端薄遠端厚，搭配經過仔細評估過的孔洞型態，成功地將中空骨柄在疲勞分析的安全因子控制在2以上。接著本研究製作出中空骨柄的原型，並應用於疲勞測試實驗，共有三支中空骨柄原型通過疲勞測試，證明有限元素模型以及設計流程可以符合原本目的。 第二部分為結構上之補強以滿足臨床使用的需求，為了研究第一部份所設計出的中空骨柄是否保有適當之強度與初期穩定度，以符合臨床上多變的負載狀況，建立三維有限元素模型以模擬骨柄植入股骨後的生理負載條件。同時為了加大中空骨柄的勁度以解決潛在性問題-即因勁度降低而造成微動量過大，本研究嘗試在中空骨柄的內部增加網狀結構，並在簡化的有限元素模型之中將這網狀結構的楊氏模數設為鈦合金的50%、37.5%、25%以及10%以分析不同孔隙比的網狀結構對於穩定度的影響。結果顯示實心骨柄與中空骨柄的最大微動量分別為130.53 �慆、164.13 �慆。各種勁度的中空骨柄都能保有接觸面積56%以上的骨生長能力，在評估強度與穩定度的需求之後，建議中空骨柄的內部網狀補強結
構其楊氏模數應在鈦合金的25%以上。
構其楊氏模數應在鈦合金的25%以上。
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