目的根据全膝关节置换术后康复训练中的按压需求,针对曲面肢体设计一种基于3D打印支具的精准加压装置,并通过有限元分析验证该装置的有效性和安全性。方法以下肢小腿腓肠肌部为加压对象,设计由气压发生模块、充气气囊和3D打印支具所构...目的根据全膝关节置换术后康复训练中的按压需求,针对曲面肢体设计一种基于3D打印支具的精准加压装置,并通过有限元分析验证该装置的有效性和安全性。方法以下肢小腿腓肠肌部为加压对象,设计由气压发生模块、充气气囊和3D打印支具所构成的曲面肢体精准加压装置,通过闭环控制算法在气囊内实现不同气压值,然后采集在各个实验条件下的"气囊-皮肤"接触面的压力分布数据,再应用仿真软件将压力分布数据作用于CT图像重建出的下肢生物力学三维模型,最后得到各个实验条件下的有效按压面积分数和关节微动角度,从而判断系统的有效性和安全性。结果采用优选的4 cm偏移量和四压条气囊形态的方案,在5.32、6.65、7.98、9.31、10.64 k Pa不同囊内压强下,分别仿真得到膝关节综合微动角度为5.3°、6.1°、7.2°、9.5°、10.6°,有效按压面积分数可达90.8%~95.2%。结论在优选方案下,不同囊内压强设置值所导致的关节微动角度和有效按压面积分数综合最优,满足有效性和安全性的设计目标。研究结果有助于分析加压系统对肢体的生物力学影响,对全膝关节置换术后安全有效地进行康复训练具有重要的意义。展开更多
文摘目的根据全膝关节置换术后康复训练中的按压需求,针对曲面肢体设计一种基于3D打印支具的精准加压装置,并通过有限元分析验证该装置的有效性和安全性。方法以下肢小腿腓肠肌部为加压对象,设计由气压发生模块、充气气囊和3D打印支具所构成的曲面肢体精准加压装置,通过闭环控制算法在气囊内实现不同气压值,然后采集在各个实验条件下的"气囊-皮肤"接触面的压力分布数据,再应用仿真软件将压力分布数据作用于CT图像重建出的下肢生物力学三维模型,最后得到各个实验条件下的有效按压面积分数和关节微动角度,从而判断系统的有效性和安全性。结果采用优选的4 cm偏移量和四压条气囊形态的方案,在5.32、6.65、7.98、9.31、10.64 k Pa不同囊内压强下,分别仿真得到膝关节综合微动角度为5.3°、6.1°、7.2°、9.5°、10.6°,有效按压面积分数可达90.8%~95.2%。结论在优选方案下,不同囊内压强设置值所导致的关节微动角度和有效按压面积分数综合最优,满足有效性和安全性的设计目标。研究结果有助于分析加压系统对肢体的生物力学影响,对全膝关节置换术后安全有效地进行康复训练具有重要的意义。
