一、氮化纯钛颈椎植骨融合器的研制及生物力学测试（论文文献综述）
陆明[1]（2020）在《一种新型多孔钽材料椎间融合植入物实验研究》文中研究指明背景:脊柱融合已成为脊柱外科的常规技术,广泛应用于腰椎退变、颈椎不稳定、椎间盘损伤和脊柱畸形的治疗。一般来说,脊柱融合手术是实现脊柱稳定和神经减压的有效方法[1]。然而,它通常伴有较高的融合失败和假关节发生率（5-35%）。其中两个最重要的影响因素是骨移植材料和骨移植方式的选择[2]。脊柱外科的发展对骨植入物提出了更高的要求。随着新技术和新材料的发展,越来越多的符合人体生物力学特性的新型骨替代品应运而生[3-8]。理想的骨替代材料应具有骨传导性、骨诱导性、无免疫原性、无疾病传播风险、合适的机械强度、经济有效、易于使用等特点。目前,自体骨仍是椎间融合的最佳材料。然而,它受到自体骨的一些缺点的限制,包括额外的外科创伤、术后并发症（如感染、血肿和供体部位疼痛）的风险增加以及自体骨供应有限[9-12]。使用同种和异种骨也可能带来诸如免疫排斥和骨疾病传播等风险[13,14]。钙基质和聚合人工骨替代物一直受到生物降解性差、生物相容性和生物力学等问题的困扰,从而导致低融合率[15,16]。因此,一种具有良好生物相容性、骨传导性、甚至能诱导骨长入的材料,可用于提高脊柱融合率和骨再生,已成为研究的热点。在医疗领域,医用多孔钽是近几年快速发展的-种生物医学植入材料。多孔钽金属具有比金属钛和钛合金更好的生物相容性,其重要特征是外形呈多孔状,内部孔与孔相通,材料的杨氏模量与人体骨骼接近,表面粗燥。目前主要制备方法是,以美国Zimmer公司为主的利用化学气相沉积法在玻璃碳骨架上沉积上金属钽制备医用多孔钽,主要用于膝关节,髋关节,肩关节,牙科的置换;中南大学的阮建明教授利用金属粉末烧结法制备了具有多孔形貌的钽块等。多孔钽具有更好的生物相容性和骨传导性,具有开放多孔金属结构和低弹性模量则类似于人体松质骨。近30年来,医用多孔材料在骨植入手术中替代固体金属的发展迅速。与固体植入金属相比,多孔金属具有更轻的重量、更大的接触面以及更接近人体骨骼的力学性能。多孔钽具有与人体骨相似的结构和力学性能,是最适合人体骨替代的材料之一。此外,钽可以刺激细胞增殖,提高成骨细胞的成骨能力[17]。临床上,多孔钽广泛应用于股骨头缺血性坏死、人工关节、脊柱融合等领域[18-25]。特别是在治疗股骨头早期缺血性坏死和大面积骨缺损的全髋/膝关节重建时,与传统材料和治疗方法相比,效果显着[19-22,24]。随着时间的推移,不同类型的钽材料椎间融合植入物在形状和结构上不断发展。最近,报道了一些关于多孔钽用于脊柱椎体间融合的临床研究[18,25-29]。美国Zimmer公司新一代多孔钽材料一骨小梁金属（Trabecular Metal,TM）的问世,因其具有良好的生物相容性、高孔隙率和骨相似的弹性模量特性,骨小梁金属（TM）已被证明能有效获得和改善腰椎椎间融合后病人的临床效果[26-29]。然而,也有报道表明,在颈椎融合的病例,早期的临床结果显示出矛盾的结果和有争议的观点。Lofgren等报道在单节段颈椎前路融合术后病例,使用骨小梁金属的融合率（69%）明显低于自体骨移植组（92%）[30]。Zardiackas等人[31]对多孔钽材料进行测试评估,结果表明在多孔钽单循环力学性能存在显着差异,这可能是由于多孔钽材料存在结构形态学上的差异,从而导致非精确控制的微观结构参数造成的。Shimko等人[32]探讨了孔隙率对骨小梁金属流体流动特性和力学性能的影响,认为更好地理解这些结构与功能的关系有助于提高植入物设计的质量。骨科植入物达到成功的临床融合疗效取决于各种生物学和临床因素,以及植入物材料的特性。骨科植入物表面或多孔结构参数的优化被证明可以增强骨传导性。如何设计、控制精确的微观形态结构及稳定的力学性能等也将成为骨小梁金属植入物进一步研究的重点和难点。目的:测试丝网编织结合化学气相沉积法制备多孔钽植入物样品性能（包含孔隙度、形貌、杨氏模量、成分检测等）是否达标;测试该多孔钽植入物的细胞、组织学毒性、生物相容性及骨相容性,验证其在动物体内实验融合效果;基于实验动物腰椎骨小梁结构优化设计多孔植入物,阐述腰椎骨小梁结构的力学性能;探索骨小梁多孔结构拓扑优化设计与骨小梁力学性能之间的关系及其机制;评价拓扑结构优化结合丝网编织、化学气相沉积法制备多孔钽支架可行性,为后续设计临床应用的多孔植入物提供一种新的思路及合理有效的方法。方法:通过丝网编织结合化学气相沉积法制备多孔钽植入物样品,观察多孔材料形貌及内部结构,测量孔隙度、孔径、杨氏模量及其成分。采用骨髓间充质干细胞（BMSCs）与多孔钽样品共同培养,电镜观察细胞形态评估生物相容性;CCK-8实验评估多孔钽浸出液对细胞的毒性。动物实验:用24只健康成年新西兰兔,对每只实验兔的L3-L4、L4-L5,L5-L6节段进行椎间盘切除手术,并按照不同的手术方式分为三组:（1）单纯椎间盘切除（对照组）;（2）椎间盘切除+自体髂骨移植（自体骨移植组）;（3）椎间盘切除+多孔钽植入（多孔钽植入组）。根据术后不同时间点处死实验兔获取腰椎标本时间,将24只实验兔分为四组:2个月（A组,n=6）,4个月（B组,n=6）,6个月（C组,n=6）和12个月（D组,n=6）。对标本采用Micro-CT检测以及组织形态学检查评估骨融合过程。多孔结构拓扑优化设计:腰椎骨小梁图像处理与模型重建:对实验兔腰椎标本进行Micro-CT扫描,并对图像进行采集、重建,转换为DICOM格式文件输出。利用图像处理算法对腰椎骨小梁结构进行窗宽窗位调整、阈值分割和区域增长处理。根据Wolff定律提出分层、分区域重建松质骨模型的方法,使用ANSYS15.0对松质骨图像进行三维重建及体网格划分,并进行光滑处理后得到模型结果。有限元分析:采用代表体元法求得等效物理性能,并基于代表体元法的约束和外载荷施加原理,利用代表体元法求解模型的等效性能（弹性模量、泊松比和剪切模量等参数）。多孔结构优化:基于前述计算所得模型的等效性能参数（弹性模量、泊松比和剪切模量）结果作为目标函数,引入拓扑优化的变密度法和均匀化方法对多孔结构进行设计,包含前处理、优化迭代和后处理三个步骤,最终得到多孔结构的优化重建模型。模型评价:对重建之后模型体积分数分布、力学性能参数分布（泊松比、弹性模量、剪切模量）、力学性能对比,验证模型力学性能各向异性,评价模型重建结果。生物力学实验:使用微机控制电子万能实验机（CMP5305型）及脊柱三维运动实验机进行力学强度对比实验、脊柱三维运动测量及椎间最大拔出力实验。组间指标比较采用单因素方差分析（One-way-ANOVA）方法;其他数量变量比较采用t检验。结果:所有实验兔术后均存活并逐步恢复行走活动,无神经损伤症状。术后1周及安乐死前（术后2,4,6个月和12个月）,所有实验兔的神经功能评分均为0（正常行走,没有任何可观察到的共济失调）。手术并发症情况:切口感染1例,对症治疗后痊愈;腹壁疝1例。术后第12个月组,实验兔植入自体骨与植入多孔钽椎间隙融合指数比较无统计学差异（2.89±0.32 vs.2.83±0.38,F=2446,P<0.001;Pautograft vs.tantalum=0.709）.CCT-8实验显示多孔钽浸出液与对照组吸光值无统计学差异（1.25±0.06vs.1.23±0.04,t=-0.644,P=0.545）,提示浸出液对BMSCs细胞增殖无毒性。电镜观察BMSCs细胞呈不规则状,并形成纺锤丝粘附于多孔钽支架表面。多孔钽植入物周围及钽金属植入物与骨接触面,未观察到植入物降解、磨屑或骨溶解现象。钽植入材料内部及周围组织均未见明显的炎症反应。组织学评估结果可见植入多孔钽和自体骨椎间隙形成骨性融合。结论:该新型多孔钽植入物具有良好的生物相容性和骨相容性,可以作为有效的骨科内植物生物材料。小结:在本研究中,我们评估了新型多孔钽金属植入物在实验兔腰椎间隙实现腰椎椎间融合的效能。在兔前路腰椎融合模型中,术后12个月在多孔钽植入椎间隙可以观察到与自体骨植入椎间隙同等的影像学和组织学上的融合效果。未观察到植入物降解、磨屑或骨溶解现象。钽植入材料内部及周围组织均未见明显的炎症反应。钽植入物的复合材料和降解产物无毒、生物相容性好,无细胞及组织学毒性。实验结果表明,新型多孔钽具有独特的生物力学特性和精确的结构参数,有望成为椎间融合器的有效生物材料。
朱领军[2]（2019）在《可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的研制》文中指出第一部分:可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器设计的研究研究目的:本研究采用统计学方法结合计算机技术,设计符合颈、腰椎不同节段解剖学形态,具有与各个椎间隙大小、形态相匹配的椎间融合器。研究方法:1.分别选取50名健康成人志愿者和50名具有颈、腰椎退变性疾病的老年患者进行颈椎和腰椎CT扫描,获取颈、腰椎椎间隙和椎间隙上下椎体边缘部位的解剖学数据,对其数据进行重建、分析,收集健康成人和具有退变的颈、腰椎的老年患者解剖学数据。根据他们的解剖学形态进行统计学分析,计算出颈、腰椎椎间隙的中位解剖学形态数据;并根据已有的正常国人的颈、腰椎椎间隙的数据进行调整分析后重构。2.根据构建的颈、腰椎不同节段椎间隙数据,设计与椎间隙解剖形态、大小和孔隙结构相匹配的解剖型椎间融合器。3.根据正常人体椎体的弹性模量和力学强度,采用统计学方法设计融合器在具有一定孔隙率和孔径大小的情况下,计算出可降解材料nHA/PLGA的组成和配比参数,主要是设计寻找到具有与正常人椎体骨弹性模量相一致和生物力学强度相当的nHA和PLGA的比例和构建方式。4.根据第三步得到的nHA和PLGA配比以及第二步获得的的数据库数据,采用3D打印技术打印出需要的颈、腰椎不同节段可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器。结果:根据本研究前期的相关研究数据,采用3D打印技术打印出了需要的颈、腰椎不同节段可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器。结论:本研究采用统计学方法结合计算机技术设计出了符合颈、腰椎不同节段解剖学形态且与各个椎间隙大小、形态相匹配的椎间融合器,为进一步生物学性能检测的研究奠定基础。第二部分:可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器生物学性能检测研究目的:对合成的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器的各项力学指标和体内、外生物指标进行检测和验证。研究方法:1.将第一部分合成的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器植入尸体标本中的椎间隙,检测可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器的稳定性和在各种力学加载下的生物力学特性。2.利用第一部分合成的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器,在体外生理体液中的不同时间进行浸泡实验,验证其在长期生理体液条件浸泡下的形态、力学强度和弹性模量的变化特性。3.在第一部分合成的可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器采用MTT法接种3T3细胞,通过观察细胞在融合器上的生长和繁殖情况,对融合器的细胞相容性、细胞毒性等体外细胞学实验进行检测。4.对第一部分合成的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器进行生物相容性试验、过敏试验、溶血实验等检测。5.利用第一部分合成的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器,将其植入到动物股部肌袋内观察降解情况,测量其不同时间点的力学强度和形状体积,记录体内降解和力学强度变化规律。结果:1.可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器与尸体标本中椎间隙的匹配程度及植入尸体标本后融合器稳定性和在各种力学加载下的生物力学特性良好;2.可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器在体外生理体液中的不同时间进行浸泡实验,证明其在长期生理体液浸泡下形态、力学强度和弹性模量等方面性能稳定;3.可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器上采用MTT法接种3T3细胞,进行的体外细胞相容性、细胞毒性实验显示细胞在可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器上生长和繁殖情况良好;4.可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器的生物相容性试验、过敏试验、溶血实验等结果良好;5.可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器体内降解和力学强度变化实验结果良好;记录可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器植入到动物股部肌袋内降解情况并测量不同时间段的力学强度和形状体积变化情况。结论:通过对可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器的各项理化和生物力学特性进一步测试和研究,发现该融合器的各项力学指标和体内、外生物指标均良好,符合本研究所需的各项指标要求。第三部分:可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器动物实验的研究研究目的:3D打印可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器在山羊体内进行颈椎和腰椎椎体间融合实验,观察该融合器在山羊体内椎间融合及降解吸收情况。研究方法:1.对动物实验所需的山羊手术部位（C3/4、L4/5）椎间隙,通过三维CT扫描取得椎间隙解剖学数据;采用3D打印方法打印出与实验动物山羊椎间隙解剖形态相匹配的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器;2.选用本地山羊16只,随机分组。动物模型完成后,将动物随机分成2组,每组8只,其中8只为对照组,8只为实验组。对照组实验动物常规行椎间植骨融合术（取山羊自体髂骨）。4组时间分别为术后1月、2月、3月、6月。3.利用电子天平、离子溅射仪、扫描电子显微镜、光学显微镜、石蜡切片机、多聚甲醛、戊二醛、显微光学照相系统等实验器材对标本进行取材和相应处理,并通过大体观察、光镜观察、扫描电镜等得出相关实验数据。结果:山羊手术部位（C3/4、L4/5）椎间隙植骨融合部位,术后1月开始出现纤维软骨连接,术后2月手术部位椎间隙植骨融合部位开始出现显着的骨性融合,其中出现软骨化骨和纤维性成骨是实现骨性融合不可或缺的过程。术后前2月,两组手术部位椎间隙植骨融合部位外观差异不明显,表明在骨性融合早期,可降解材料n HA/PLGA及初期降解产物对促进骨性融合的纤维性成骨和软骨性骨痂影响不明显。术后2月后,可降解材料n HA/PLGA降解速度增加,产生的代谢产物导致了手术节段内环境的变化,进而导致骨性融合的速度降低;可降解材料n HA/PLGA完全降解后能够被山羊自体骨替代。结论:可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器,在实现骨性融合早期,材料本身及初步降解产物对促进手术部位（C3/4、L4/5）骨性融合的影响较小,且软骨化骨和纤维性成骨两组结果无明显差异;中期,随着可降解材料n HA/PLGA的逐步降解和降解产物的增加,手术部位由于软骨和纤维组织的骨化程度被轻微抑制,导致手术部位椎间隙骨性融合过程减慢;后期,可降解材料n HA/PLGA在实验组观察到其降解速度与对照组显着不同,实验组植入的可降解解剖型n HA/PLGA椎间融合器大部分已降解,且其在降解吸收的过程中伴随着骨性结构的出现。
汤泽瀚[3]（2019）在《新型3D打印颈椎椎间融合器的研制及动物实验初步研究》文中研究表明研究背景我国每年都有大量病人因脊柱退变性疾病、脊柱外伤等原因需要接受手术治疗。颈椎手术是其中较为常见的一类,术中人们往往需要使用一种内植物来放置在取出椎间盘后的颈椎椎间隙,起到恢复椎间高度、促进上下椎体骨性融合等作用。最早的时候人们采取的方式是取自体骨作为移植物,但自体移植骨容易发生塌陷、假关节形成等并发症。因此,人们发明了颈椎椎间融合器来替代自体骨移植。椎间融合器可以起到支撑椎间高度的作用,同时融合器内部往往会设置植骨窗用来填充骨赘。起初的椎间融合器是由金属制成的,它们显示出了良好的骨融合率,术后病人症状改善也较好。但金属融合器的缺点在于其弹性模量与骨相差较大,术后内植物沉降的发生仍较为常见。此外,钛合金等金属是不透射线的,这使得椎间融合器植入术后难以通过透视成像来判断融合的效果。随着材料学的发展,高分子聚合物聚醚醚酮（PEEK）逐渐被应用于制作椎间融合器。PEEK材料的优点是射线可透性以及弹性模量接近人骨等。但PEEK材料也存在骨整合能力不强等缺点。3D打印技术在医疗领域的应用使得椎间融合器的个体化成型及内部精细结构的构建成为可能。钛合金、PEEK材料都是目前用于椎间融合器3D打印研究较为常见的材料。骨科内植物的表面改性可以克服原有内植物的一些缺点,因此被广泛研究。PEEK材料的表面改性包括表面涂层、物理方法改性和化学方法改性等。研究目的设计一种新型钛合金材料的颈椎椎间融合器和两种新型PEEK材料的椎间融合器,并使用3D打印技术快速成型,采用表面改性技术改善部分融合器性能。通过将这几种新型椎间融合器及对照组融合器植入羊的颈椎,并在术后一段时间内测量相关数据,验证新型椎间融合器在促进骨融合方面是否具有优势。研究方法1、通过CT扫描等方式取得实验用山羊颈椎的相关解剖学数据,用以设计个性化椎间融合器的尺寸;2、设计制作一种新型的具有梯度多孔结构的钛合金颈椎椎间融合器;3、设计制作两种新型的分别具有矩形多孔结构和蜂窝状多孔结构的PEEK材料颈椎椎间融合器,并对其进行表面改性;4、将上述设计制作的3种新型颈椎椎间融合器及对照组颈椎椎间融合器通过手术分别植入8只山羊的颈椎;5、术后3个月对山羊颈椎进行影像学检查及生物力学测试,比较各组骨融合效果的差异;随后拟进一步行颈椎相应节段组织学检测等。结果1、CT扫描结果显示,山羊颈椎椎间隙与人类颈椎椎间隙高度较为接近,但上下终板曲度与人不同,且山羊颈椎椎体高度明显大于人类;2、术后3个月的X线及螺旋CT检查结果显示,对照组PEEK材料融合器中央区域有明显骨桥形成,实验组1新型多孔钛合金融合器的上下及内部均有较高密度骨组织形成,实验组2、实验组3新型多孔PEEK材料融合器内部出现较均匀的密度增高。3、术后3个月的生物力学测试及Micro-CT检查显示,实验组1新型多孔钛合金融合器的骨融合效果优于对照组;实验组2、实验组3新型多孔PEEK材料融合器的骨融合效果则比对照组差。结论羊的颈椎与人具有一定相似性,可以作为脊柱内植物实验的动物模型,但须在术前熟悉解剖结构,术中小心操作。钛合金颈椎椎间融合器结合梯度多孔结构可以有效地模仿天然骨的密度渐变,孔隙率较高的区域为骨细胞的迁移、增殖和分化提供了足够的空间,而孔隙率较低的区域保证了承载要求的足够的机械性能。动物实验的初步结果也显示其相对于对照组具有更好的骨融合能力。PEEK材料颈椎椎间融合器结合多孔结构及表面改性在本次实验中并未体现出良好的骨融合效果,其生物力学及Micro-CT测试结果均比对照组差。此类融合器的研究设计有待改进及进一步的实验验证。
刘峰[4]（2019）在《3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析》文中提出目的利用三维有限元方法,通过模拟建立使用传统钛网和3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型,进行对比分析两者在钛网、钛板钛钉及终板上Von-Mises应力分布情况及椎体位移峰值特点,来评估3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的生物力学特性,为临床应用及下一步改进提供理论依据。方法1.通过获取一名32岁正常健康男性志愿者的颈椎三维CT数据,以Dicom格式保存。在三维重建软件Mimics中将其导入,予以阈值分割、Mask等处理后导出,保存为STL格式。再在Geomagic软件中将之导入,对其进行逆向重建并予以完成模型相关的平滑,去噪等处理,以IGES格式保存。再在Ansys Workbench中将其导入,经一系列操作后,建立颈椎（颈3颈7）三维有限元模型。然后进行布尔运算,赋予材料参数,设置好接触,进行网格划分,予以模型40N的预载荷,1.5Nm的运动附加力矩,进行前屈后伸,左右侧屈,左右旋转运动,将计算所得的各运动节段活动度与以往文献对比,来评价模型的有效性。2.模型验证有效后,再在此模型上,模拟建立使用传统钛网和3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型。手术模型建立后,将其在前屈后伸,左右侧屈,左右旋转六种工况下,施加73.6N的预载荷和1.8Nm的运动附加力矩,比较两种ACCF手术模型中的钛网、钛板钛钉及终板上Von-Mises应力分布情况及椎体位移峰值特点。结果1.成功建立正常人的颈3颈7椎体的三维有限元模型。并在前屈后伸,左右侧屈,左右旋转工况下,下颈椎各节段的活动度与以往文献结果相似,在其范围内,证明模型有效。2.模拟使用传统钛网与3D打印颈椎多孔型金属网式融合器建立的颈椎前路椎体次全切减压植骨融合内固定手术模型的三维有限元分析结果:（1）在钛网最大应力方面,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网相比,在前屈状态下,其最大应力下降了91%;后伸状态下,下降了90%;左侧屈状态下,下降了98%;右侧屈状态下,下降了97%;左旋状态下,下降了86%;右旋状态下,下降了84%。（2）就椎体位移峰值而言,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网相比,在前屈及右侧屈状态下,两者最大椎体位移峰值相同;后伸及左侧屈状态下,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器最大椎体位移分别增加了0.02mm及0.16mm;左右旋状态下,其最大位移分别下降了0.04mm和0.21mm;两种钛网各有优劣。（3）就钛板钛钉最大应力而言,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器手术模型组中钛板钛钉最大应力在前屈状态下增加了7%,在后伸状态下降低了37%,在左、右侧屈状态下降低了5%,在左旋状态下降低了9%,在右旋状态下降低了26%。（3）在C4椎体下终板的最大应力方面,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板最大应力,在前屈状态下,下降了51%;在后伸状态下,下降了15%;在左侧屈状态下,下降了55%;在右侧屈状态下,下降了43%;在左旋状态下,下降了8%;在右旋状态下,下降了12%。在C6椎体上终板的最大应力方面,与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板最大应力,在前屈状态下,下降了43%;在后伸状态下,下降了83%;在左侧屈状态下,下降了70%;在右侧屈状态下,下降了52%;在左旋状态下,下降了55%;在右旋状态下,下降了29%。在前屈后伸,左右旋转工况下,两种钛网的终板应力最大值都位于上下终板后缘,但3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的终板后缘应力要小于传统钛网,且有显着性差异。结论1.建立的颈3颈7椎体三维有限元模型经验证有效,可用于三维有限元分析。2.与传统钛网相比,3D打印颈椎多孔型金属网式融合器在理论上具有良好的即刻稳定性及应力分布情况。
刘俊,陈玲,田杰,年智文,毕富悦[5]（2019）在《颈椎融合器的力学测试及有限元验证》文中进行了进一步梳理目的:设计一款聚乳酸材质融合器,完成力学测试并判定融合器的可行性.方法:分别对健康的和植入融合器的C5-C6节段羊颈椎进行压缩、前屈、后伸、侧弯实验,得出载荷-位移曲线,比较融合器植入前后颈椎的力学性能;再用万能电子试验机检验融合器的疲劳强度;最后对融合器进行有限元仿真观察应力分布.结果:加入融合器后颈椎的稳定性有所提高;融合器的疲劳强度合格,应力分布合理,未产生应力集中.结论:聚乳酸材质融合器有足够的力学强度,满足力学要求.
田杰[6]（2019）在《颈椎椎间PLA融合器的有限元分析与实验研究》文中研究说明颈椎连接着头颅与胸椎,在人体运动过程中起着重要的作用。随着社会不断的发展,颈椎面临的问题逐渐增多,颈椎病发生的概率越来越高。目前治疗颈椎病经常使用颈椎前路植骨减压手术,手术治疗过程需要融合器的支撑,但由于融合器的结构与材料存在争议,一直没有得到统一。针对上述融合器的问题,本文考虑终板形状和抗压强度分布特点,设计颈椎椎间融合器,在Pro-e5.0完成融合器三维建模,选用PLA（聚乳酸）材料,通过Mimics10.0、逆向建模软件以及网格划分软件完成颈椎C5-C6完整有限元模型和PLA融合器模型建立,进行前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转六种工况加载,分析活动度、变形位移、椎体应力、C6下终板应力和融合器应力五个防下沉指数,完成有限元分析。研究结果表明在融合器植入后各个工况的活动度减小,最大为后伸工况,最小为轴向旋转工况;对PLA融合器模型施加不同载荷时,整体会发生位移,后伸的位移变化最大,左轴向旋转工况的位移最小;各个椎体的最大应力虽然相应地增大,但处于一个安全的范围;椎体和C6下终板应力分布均匀,无应力集中现象发生,说明融合器植入后不会导致椎体和下终板的损坏;通过对融合器的应力分布发现,融合器受力均匀,无应力集中现象,且最大应力依次是后伸、前屈、右侧弯、左侧弯、左轴向旋转、右轴向旋转。为了进一步验证有限元分析的可信程度以及PLA融合器的力学性能,本文通过3D打印技术,打印PLA融合器,在实验仪器WDW-10电子万能试验机上对动物标本进行轴向压缩、前屈、后伸、左右侧弯加载,完成了完整模型和融合器组模型的实验研究,同时在实验测试基础上确定了有限元加载方法,进行了完整模型和融合器模型的有限元仿真,得出轴向压缩、前屈、后伸、左右侧弯工况的载荷-位移曲线以及计算轴向刚度,结果表明载荷位移曲线除了前屈工况呈直线运动,其他工况均呈非线性变化,有限元均为线性变化,相对于完整模型,融合器植入后的融合器组所有工况位移变小,轴向刚度增大,说明PLA融合器植入后可以提高颈椎的初始稳定性;各工况的最大位移由大至小依次为左侧弯、后伸、右侧弯、前屈、轴向压缩;最后在EUT-1020型电子万能试验机对PLA融合器进行了强度实验和疲劳试验测试,测得了PLA融合器的破坏载荷,且在循环载荷作用下,融合器结构未出现明显破损和变形情况。结合有限元仿真部分和实验测试部分可知,可知设计的PLA融合器具有较好的防下沉能力,能够提供较好的初始稳定性以及抗压缩性能,满足生物力学基本要求,可以为治疗颈椎病和设计融合器提供一些参考。
崔旭东[7]（2018）在《腰椎微创椎间填充融合装置的研制及基础研究》文中研究表明1目的:本研究旨在设计一种适用于腰椎微创内窥镜技术的椎间融合装置,可单独应用不需要附加后路螺钉内固定系统亦可达到术后即刻稳定作用。通过对腰椎椎间隙解剖参数进行测量,尤其是终板的形态测量,为腰椎微创椎间填充融合装置的设计提供准确的解剖学参数。提出腰椎微创椎间填充融合装置的初步设想,采用ABAQUS/Standard模块建立腰椎微创椎间填充融合内固定有限元模型,模拟分析腰椎微创椎间填充融合术后腰椎日常生理活动下的应力分布情况,并通过与箱形PEEK（poly-ether-ether-ketone）椎间融合器内固定模型进行分析比较评估其生物力学稳定性,优化并指导腰椎微创椎间填充融合装置的改进,同时也为进一步体内外研究提供参考。根据腰椎间隙解剖学测量结果和有限元模拟分析结果,结合椎间融合器的设计理念,设计腰椎微创椎间填充融合装置。本实验选取小牛腰椎为测试生物力学实验标本,利用腰椎微创椎间填充融合装置进行体外模拟腰椎微创椎间填充融合内固定手术,并通过与目前临床常用的箱形PEEK腰椎后路椎间融合器进行对比,检验该装置的可行性和有效性。2方法:2.1检索苏州大学附属第一医院2005年1月2015年12月期间门诊影像存档与通信系统（PACS）中计算机断层扫描（CT）的影像资料,对腰椎CT图像进行回顾性分析,选取符合纳入标准的患者资料。共有67例病例入选,其中27名男性和40名女性,平均年龄37岁（20岁-50岁）,利用Mimics 10.0软件为测量工具。腰椎被分为上腰椎（L1上终板到L3上终板）和下腰椎（L3下终板到S1上终板）,测量指标包括腰椎终板表面参数（终板矢状径（Sagittal Diameter of endplate,SD）、终板横径（Transverse Diameter of endplate,TD）和终板深度（Endplate Depth,EPD））和椎间隙解剖参数（椎间盘高度（Intervertebral Height,IH）和椎间楔形角度（Intervertebral Wedge Angle,IWA））2.2选取健康男性志愿者进行腰椎CT扫描,利用Mimics 10.01将CT影像数据进行三维重建,生成L3-4节段椎体模型,再以STL格式导入正向工程软件3-Matic中进行模型后处理,生成L3-4节段实体模型并导入Abaqus软件中,经过经过赋予材料属性、装配、分析布设定、定义接触面、定义载荷及边界条件、划分网格建立L3-4节段三维有限元模型。通过施加800N垂直压力、7.5Nm扭矩模拟腰椎日常生理活动,计算L3-4节段刚度,验证模型的有效性。以完整L3-4模型为基础,模拟腰椎微创椎间填充融合内固定模型（PMMA组）和盒形PEEK融合器内固定模型（PEEK组）,其中腰椎微创椎间填充融合内固定模型组分为2.5mmPMMA组和5mmPMMA组。L3椎体上表面施加400N垂直,加载7.5Nm的扭矩模拟前屈、后伸、侧弯、旋转运动。通过计算L3-4节段的应变及应力分布情况,验证腰椎微创椎间填充融合装置的有效性。2.3基于腰椎椎间解剖学测量结果和有限元分析结果,设计并制作腰椎微创椎间填充融合装置。2.4选取20具小牛腰椎为实验标本,随机分为4组,每组5个样本:（1）正常组（完整标本,NC组）;（2）开窗髓核摘除组（DC组）;（3）腰椎微创椎间填充融合骨水泥内固定组（PMMA组）;（4）箱形PEEK椎间融合内固定组（PEEK组）。采用7.5Nm扭矩模拟前屈、后伸、侧弯、扭转运动,计算不同工况下椎间活动度、节段刚度和中性区刚度。3结果:3.1由L1到S1,腰椎终板表面呈凹形,同一椎体上终板EPD小于下终板,差别具有统计学意义（P<0.01）,L1除外（P>0.05）。上终板EPD值最小值位于S1上终板（0.57±0.42mm）,最大值位于L3上终板（1.72±0.68mm）,下终板EPD值最小值位于L1下终板（1.47±0.46mm）,最大值位于L4下终板（2.33±0.71mm）。由L1上终板至S1上终板,各终板TD大于终板SD,差别具有统计学意义（P<0.01）。由L1-2到L5-S1,各节段AIH显着大于PIH（P<0.01）,AIH由L1-2（7.55±1.34mm）增加到L5-S1（12.06±2.34mm）;PIH从L1-2（5.43±1.13mm）降低到L4-5（7.70±1.19mm）,小幅下降至L5-S1（6.71±1.29mm）。IWA由L1-2（2.52±2.13°）到L5-S1（12.60±4.55°）呈逐渐增加趋势,上腰椎IWA（L1-2和L2-3）明显大于下腰椎（L3-4至L5-S1）（P<0.01）。3.2各种工况下腰椎微创椎间填充融合内固定组、盒形PEEK椎间融合器组的L3-4节段形变量均较正常组模型减少,后伸运动除外。与骨水泥环组相比,PEEK融合器组应力集中更加明显,直立位最大应力为27.99Mpa、前屈位最大应力为107.40Mpa。2.5mm骨水泥环组与5mm骨水泥环组相比,在前屈、后伸、侧弯、扭转活动中承担更多的应力。3.3新型腰椎微创椎间填充融合装置设计成功并制造出产品。腰椎微创椎间填充融合装置的手术器械主要由三部分组成:可撑开的球囊扩张导管、骨水泥填充网袋和匹配的微创手术器械。3.4与完整组相比,腰椎微创椎间填充融合内固定组与箱形PEEK融合器内固定组都明显降低了手术节段的角位移变化,但只有侧弯运动具有统计学意义（P<0.05）。与完整组相比,PMMA组明显降低了手术节段各个方向的活动度,在7.5Nm扭矩下,前屈活动度减少了85.7%,后伸58.3%,侧弯75.0%,扭转39.3%。相比之下,PEEK组在后伸和扭转运动中与完整组没有统计学差异。PMMA组中性区刚度在各个方向活动下都高于PEEK组。4结论:4.1腰椎微创椎间填充融合装置是一种可行、有效的微创椎间融合手术器械,可作为腰椎椎间融合内固定的一种选择。4.2腰椎微创椎间填充融合装置设计符合腰椎解剖结构特点,基于“牵张-压缩”原则,通过8mm内窥镜工作通道建立骨水泥环形支撑结构和中央植骨区域,符合腰椎生物力学特点。4.3与箱形PEEK椎间融合器内固定模型相比,腰椎微创椎间填充融合装置可有效提高手术节段的稳定性,尤其后伸和扭转运动。
莫少东[8]（2017）在《经口前路解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统的研制及生物力学研究》文中认为目的:本研究拟通过收集40例经口寰枢椎复位内固定术后患者的寰枢椎CT扫描数据,对所收集的CT数据进行三维重建,并测量相关数据,设计制作经口咽前路放置的解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统。并进行人体标本生物力学稳定性测量,通过与传统内固定方式（TARP+髂骨块内固定技术,后路椎弓根钉棒固定技术）的生物力学稳定性进行对比,以此评价解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统的生物力学稳定性。方法:1.本次研究收集了 40例经口寰枢椎复位内固定术后患者的寰枢椎CT扫描数据。使用Mimics数字骨科软件对寰枢椎结构进行重建测量后进行统计分析。测量项目包括:（1）髂骨块矢状径;（2）髂骨块横径;（3）髂骨块前缘高度;（4）髂骨块矢状面角。基于上述测量数据设计解剖型寰枢椎侧块融合器。2.相同方法对TARP钢板及螺钉进行重建测量,测量下述数据:（1）寰椎侧块螺钉头偏角、内偏角;（2）枢椎椎弓根螺钉尾偏角、外偏角;（3）寰枢椎螺钉长度。对测得数据进行统计分析。配合上述髂骨块测量数据,用以设计零切迹（Z-P）固定融合系统。3.选取6具成年男性新鲜冰冻颅颈标本,进行相关处理制备正常完整对照组及失稳模型。建立失稳模型后对标本进行不同方式固定:（1）Z-P固定融合系统;（2）TARP钢板+Cage;（3）TARP钢板+髂骨;（4）后路寰枢椎椎弓根钉棒固定。再使用MotionAnalysisCo.6Eagle系统的荧光摄像头采集Cl、C2节段的运动轨迹,再通过图像处理系统Raindrop Geomagic（Research triangle park,NC）测量并计算C1、C2节段运动范围（ROM）。结果:1.设计并制作经口咽前路放置的解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统,并根据统计数据制作不同规格。2.生物力学稳定性测试提示:四种内固定方式均可使标本活动度显着下降。同样使用TARP技术进行固定时,Cage组（A1）、髂骨组（A2）与Z-P组（C）在前屈（P=1.00）、后伸（p=100）,左右侧屈（p=100）,左旋（P=0.41）,右旋（P=1.00）6个方向的活动度差异无统计学差异;在侧屈活动中,TARP固定组（A1、A2）、Z-P组（C）与后路固定组（B）存在显着差异（P<0.05）。结论:1.生物力学研究表明:解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统均能提供与传统固定方式相仿的生物力学稳定性。2.解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统可为寰枢椎侧块提供良好支撑力,为植骨融合提供良好的环境,且可简化手术步骤及降低相关并发症的发生率。
李松凯[9]（2011）在《寰枢椎侧块关节融合器的研制及力学研究》文中研究说明背景后路寰枢椎融合术是解决寰枢椎脱位或不稳的主要手段,其是用内固定方法将松动的寰椎与相邻的枢椎固定,并在寰椎及枢椎间植骨以促进寰枢椎融合并最终达到寰枢椎的稳定。后路内固定技术中,由于寰枢椎融合的需要,植骨块需要放置在寰枢椎后弓之间,因此,完整的寰椎后弓成为实施寰枢椎融合的必要条件。但在一些寰椎后弓先天性缺如或需行寰椎后弓切除减压的患者,后路寰枢椎融合将无法实施。此种情况下,另外的寰枢椎融合方式将成为替代。椎间融合器在下颈椎及腰椎的广泛应用,已成为椎体间融合的主要方式。因此,理论上,利用寰枢椎侧块关节融合器进行寰枢椎侧块融合,可成为寰枢椎后弓缺如或切除后寰枢椎后路植骨融合难以实施的替代融合方式,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。目的本课题旨在设计一种寰枢椎侧块关节融合器,与寰枢椎椎弓根螺钉技术相结合后,可在寰椎后弓缺如的情况下,行寰枢椎侧块关节间融合,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。通过一系列的相关实验研究达到如下目的:1.通过解剖学及CT三维重建影像学测量获得与植入操作及寰枢椎侧块关节融合器设计相关的解剖数据,为设计提供依据。2.研制出寰枢椎侧块关节融合器,在植入寰枢侧块关节间隙后,与寰枢椎椎弓根螺钉技术相结合,行寰枢椎侧块关节间融合,从而避免枕颈融合,以尽量保留患者术后颈椎活动度。3.通过离体标本的生物力学测试研究,与其他目前常用的内固定方式进行各方向活动度的对比,对其生物力学稳定性等进行评估。4.建立寰枢侧块融合器联合寰枢椎椎弓根螺钉内固定装置三维有限元模型,分析其在不同状态下的生物力学稳定性能及应力分布情况。为之后融合器的改进设计提供依据参考。方法1.选取35套寰枢椎干燥骨标本及46套正常的寰枢椎CT三维重建片进行解剖学及影像学测量。测量内容包括:①寰椎侧块关节面矢状径,②寰椎侧块关节面横径,③枢椎侧块关节面矢状径,④枢椎侧块关节面横径,⑤寰枢关节间隙高度。根据测量结果设定侧块融合器的尺寸。2.参考解剖学及影像学测量结果,完成侧块融合器的设计。3.以6具新鲜冷冻尸体人体颈椎标本为实验对象进行生物力学测试研究。标本按照正常、破坏、经寰枢关节螺钉+Gallie钛缆（Magerl+G）、寰枢椎椎弓根螺钉（C1+C2）、寰枢侧块关节融合器联合寰枢椎椎弓根螺钉（C1+C2+Cage）的顺序,分别进行前屈、后伸、左侧屈、后侧屈、左旋、右旋测试,结果进行统计学处理及分析。4.在前期研究已经建立的上颈椎正常及不稳的三维有限元模型基础上,将本实验的C1+C2及C1+C2+Cage两种内固定系统进行加载,分析内固定在前屈、后伸、侧屈和旋转方向上的运动范围及寰枢关节面的应力分布情况。结果1.左右两侧对比无统计学差异。影像学测量的结果分别为:寰椎关节面矢状径16.96±1.41mm、横径16.27±1.36mm,枢椎关节面矢状径17.69±1.37mm、横径16.32±1.33mm、寰枢侧块关节间隙3.0±0.5mm。2.根据测试结果,将融合器的形状设计为近似长方体,平均宽度设计为9mm,平均长度设计为12mm,平均高度设计为3.5mm。本设计已经获得国家发明专利。3.正常组在各个方向上的三维运动范围分别为屈伸17.78°±3.78°,侧屈9.56°±1.20°,旋转44.19°±4.34°。破坏组在各个方向上的三维运动范围分别为屈伸30.69°±4.91°,侧屈17.18°±1.53°,旋转57.30°±11.01°。与正常组比较,分别增加72%（P<0.01）,76%（P<0.01）,29%（P<0.01）。两者比较差异有统计学差异。所有内固定组其稳定性均明显高于正常组和破坏组,差异具有统计学意义（P<0.01）,所有状态的前屈和后伸及左右两侧的数值趋向一致。Magerl+G组,C1+C2组,C1+C2+Cage三组内固定组与正常组和破坏组相比较,在各个运动方向上均有最小的ROM值,差异有统计学意义。三组之间比较,在屈伸方向上,其稳定性依次为Magerl+G组（2.25°±0.33°）>C1+C2组（2.73°±0.47°）>C1+C2+Cage组（2.94°±0.19°）,三组之间差异无统计学意义。在侧屈方向上,其稳定性依次为C1+C2+Cage组（1.80°±0.31°）>Magerl+G组（1.91°±0.20°）>C1+C2组（2.05°±0.30°）,三组之间差异无统计学意义。在旋转方向上,其稳定性依次为C1+C2+Cage组（1.13°±0.31°）>Magerl+G组（1.22°±0.36°）>C1+C2组（3.91°±1.39°）,三组之间差异无统计学意义。4.建立了正常寰枢椎、寰枢椎脱位、C1+C2及C1+C2+Cage四种有限元模型。两种内固定方式在各种工况下均明显降低寰枢椎的活动度。其中,C1+C2+Cage的活动度为最小。融合器的应力主要集中其后方尾部。结论基于寰枢椎侧块的解剖学测量,我们研制了寰枢椎侧块关节融合器。利用离体生物力学实验,比较C1+C2+Cage技术与Magerl+G和C1+C2两种常用的内固定方式的力学稳定性。结果显示,C1+C2+Cage内固定技术与目前常用的内固定技术一样,可以为寰枢椎提供良好的稳定性,并能够提供额外的寰枢椎植骨融合点。因此,此项技术可成为寰椎后弓缺如患者寰枢椎融合的良好选择。
王征[10]（2011）在《新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉内固定系统的研制与生物力学研究》文中提出脊柱椎弓根螺钉内固定系统是当今脊柱外科手术中最常用、最重要、最核心的内固定系统,在脊柱外科领域具有划时代的意义。目前,国内外脊柱椎弓根螺钉内固定系统的材质主要采用钛合金（Ti6Al4V）。尽管钛合金具有良好的组织相容性,但由于其弹性模量远高于人体脊柱骨质,因此在使用过程中存在着应力遮挡、影响植骨融合等多种缺点。寻找一种具有与脊柱骨质弹性模量接近、力学强度高、生物相容性好的新一代脊柱内固定材料,并将其设计应用于脊柱外科手术中,已经成为国内外骨科学者关注的热点和亟待解决的难点。本研究在前期材料学研究基础上,将新型低模量高强度的钛合金（Ti2448）设计应用于脊柱椎弓根螺钉内固定系统。首先通过建立腰骶椎有限元模型,利用有限元比较不同材质、类型脊柱内固定系统的固定效果;根据有限元分析结果,将现有脊柱椎弓根螺钉内固定系统的外形设计进行优化改进,制备具有低切迹、低模量、高强度的椎弓根螺钉内固定系统;最后通过生物力学实验对该系统进行全面测试分析,并与当前国内最常用的内固定系统进行比较,验证新型钛合金内固定系统的安全性与可靠性,为将来临床应用提供实验依据。实验一Ti2448椎弓根螺钉内固定系统的有限元分析目的:比较不同材质、不同外形设计的脊柱椎弓根螺钉系统对下腰椎脊柱融合固定的效果。方法:采用计算机辅助,建立人体下腰椎有限元模型（L3-S1）,在计算机模型中模拟进行腰椎L4/5椎间盘摘除、半椎板切除、椎间融合器植入及L4、L5椎弓根螺钉内固定手术。植入的椎弓根螺钉规格相同（6.5×45mm）,外形设计分别模拟CD-M8,MOSS MIAMI,SINO-M10及新材料SINO-M10系统。对腰椎有限元模型进行轴向加载400N,弯曲力矩7.5Nm,比较屈伸、侧屈、旋转等状态下固定节段（L4/5）脊柱活动度、相邻节段椎间盘内（L3/4、L5S1）的最大应力、椎弓根螺钉所受最大应力、椎间融合器所受最大应力等指标。结果:新材料SINO-M10系统的力学稳定性与目前临床常用的椎弓根螺钉系统相近,但是能够减少相邻节段应力遮挡,增加了椎间植骨部位的应力刺激。结论:采用同等规格、相同外形设计的新型钛合金材料制备的椎弓根螺钉在生物力学方面与现有钛合金椎弓根螺钉性能相当,并且具有减少应力遮挡的优点。实验二Ti2448椎弓根螺钉内固定系统的优化设计研究目的:通过有限元分析,逐步优化椎弓根螺钉外形设计和规格尺寸,寻找既能保证足够的力学强度,同时具有最低切迹的新材料组的螺钉设计。方法:采用同样的L3-S1有限元模型,模拟行同样减压、融合内固定的手术。螺钉外形采用SINO-M10设计,长度不变（45mm）,直径由6.5mm（100%）分别降低至5.2mm（80%）、4.875mm（75%）和4.55mm（70%）。连接棒材的直径分别为6mm（100%）、4.8mm（80%）、4.5mm（75%）和4.2mm（70%）。对腰椎模型施加轴向400N预载荷,屈伸、侧屈和旋转加载7.5Nm力矩,观察比较不同直径内固定系统融合节段的活动度、相邻椎间盘内的最大应力、椎间融合器的最大应力和椎弓根螺钉最大应力等。结果:与直径为100%的椎弓根螺钉系统相比,直径为80%的椎弓根螺钉系统能够满足脊柱节段稳定性;直径为75%的椎弓根螺钉系统可保持部分弯曲状态下的腰椎稳定性,直径降低至70%则有较大的角度丢失。结论:采用新型钛合金材料后,将现有内植物尺寸降低至80%后仍可获得足够的脊柱稳定性,同时可显着减小内植物的切迹。实验三Ti2448椎弓根螺钉的体外生物力学研究目的:比较同等规格的Ti6Al4V和Ti2448材质螺钉的力学强度。方法:机械力学强度测试:三点弯曲试验。分别采用同规格的Ti6Al4V SINO-M10和Ti2448 SINO-M10螺钉,每种螺钉4枚。在MTS 858型万能材料试验机行三点弯曲试验。数据分析采用SPSS11.5统计软件。结果:三点弯曲试验中,Ti2448椎弓根螺钉抗折弯强度高于Ti6Al4V螺钉,但差别无统计学意义。结论:Ti2448材料的SINOM10椎弓根螺钉系统能够满足脊柱内固定融合术的节段性稳定性要求,且能够减少植入物的切迹,达到减少并发症的目的。结论有限元模型模拟分析及生物力学结果表明,与目前临床上广泛应用的Ti6Al4V材质的内固定系统相比,Ti2448能够用于脊柱后路椎弓根螺钉内固定系统的小型化应用。它能够在降低内植物体积,降低螺钉切迹的同时,保持脊柱的刚度和稳定性,同时能够降低邻近节段受到的应力,更好地促进脊柱融合过程。
二、氮化纯钛颈椎植骨融合器的研制及生物力学测试（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、氮化纯钛颈椎植骨融合器的研制及生物力学测试（论文提纲范文）
（1）一种新型多孔钽材料椎间融合植入物实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一部分 新型多孔钽的研制及其初步验证 |
| 第1章 前言 |
| 第2章 新型多孔钽椎间融合植入物研制 |
| 2.1 多孔钽材料研究现状 |
| 2.2 三维丝网编织结合化学气相沉积法制备多孔钽 |
| 2.3 新型多孔钽样品性能检测 |
| 2.4 讨论 |
| 2.5 结论 |
| 第3章 新型多孔钽植入物生物相容性研究 |
| 3.1 细胞毒性实验 |
| 3.2 种植实验 |
| 3.3 讨论 |
| 3.4 结论 |
| 第4章 新型多孔钽植入物动物实验 |
| 4.1 动物腰椎融合模型 |
| 4.2 实验动物腰椎解剖及影像学研究 |
| 4.3 动物实验方案及分组 |
| 4.4 一般情况及神经功能观察 |
| 4.5 影像学(Micro-CT)评价 |
| 4.6 组织学评价 |
| 4.7 讨论 |
| 4.8 结论 |
| 第二部分 新型多孔钽植入物的优化设计(后续研究) |
| 第5章 多孔结构拓扑优化设计 |
| 5.1 多孔结构优化设计研究现状 |
| 5.2 骨小梁形态学参数研究 |
| 5.3 骨小梁力学性能研究 |
| 5.4 基于形态学结构和力学性能的多孔结构拓扑优化 |
| 5.5 拓扑优化多孔钽的制备 |
| 第6章 生物力学实验 |
| 6.1 力学强度对比研究 |
| 6.2 脊柱三维运动测量 |
| 6.3 椎间最大拔出力实验 |
| 参考文献 |
| 英文缩略词 |
| 成果 |
| 致谢 |
| 统计学证明 |
（2）可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 参考文献 |
| 第二章 可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器设计的研究 |
| 前言 |
| 实验材料 |
| 实验方法 |
| 结果 |
| 讨论 |
| 结论 |
| 第三章 可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器生物学性能检测 |
| 前言 |
| 实验材料 |
| 实验方法 |
| 实验结果 |
| 讨论 |
| 结论 |
| 第四章 可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器动物实验的研究 |
| 前言 |
| 实验材料 |
| 实验方法 |
| 结果 |
| 讨论 |
| 全文结论 |
| 综述 |
| 参考文献 |
| 硕士在读期间发表论文和参加科研工作情况 |
| 致谢 |
（3）新型3D打印颈椎椎间融合器的研制及动物实验初步研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一部分 ：新型3D打印梯度多孔钛合金颈椎椎间融合器的研制 |
| 一、实验材料 |
| 二、实验方法 |
| 三、实验结果 |
| 四、讨论 |
| 参考文献 |
| 第二部分 ：新型3D打印多孔结构PEEK材料颈椎椎间融合器的研制及表面改性 |
| 一、实验材料 |
| 二、实验方法 |
| 三、实验结果 |
| 四、讨论 |
| 参考文献 |
| 第三部分 ：椎间融合器的羊动物实验 |
| 一、实验材料 |
| 二、实验方法 |
| 三、实验结果 |
| 四、讨论 |
| 参考文献 |
| 第四部分 ：椎间融合器植入羊颈椎后的早期影像学、生物力学数据测量 |
| 一、实验材料 |
| 二、实验方法 |
| 三、实验结果 |
| 四、讨论 |
| 参考文献 |
| 综述 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 中英文缩写对照表 |
| 绪论 |
| 第一部分 颈 3~颈7椎体三维有限元模型的建立并验证其有效性 |
| 一、实验材料 |
| 二、实验步骤 |
| 三、结果 |
| 四、讨论 |
| 第二部分 3D打印颈椎多孔型金属网式融合器与传统钛网在ACCF手术中的三维有限元分析 |
| 一、建模资料 |
| 二、实验步骤 |
| 三、统计学处理 |
| 四、结果 |
| 五、讨论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 综述 |
| 参考文献 |
| 作者攻读硕士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
（5）颈椎融合器的力学测试及有限元验证（论文提纲范文）
| 1 融合器材料选用和结构设计 |
| 2 材料、设备与方法 |
| 2.1 材料、设备 |
| 2.2 方法 |
| 2.2.1 羊颈椎轴向压缩实验 |
| 2.2.2 羊颈椎前屈、后伸、侧弯实验 |
| 2.2.3 生物力学测试结果 |
| 2.2.3 融合器疲劳实验 |
| 2.2.4 融合器的有限元仿真 |
| 3 结论 |
（6）颈椎椎间PLA融合器的有限元分析与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外发展概况 |
| 1.2.1 国外发展现状 |
| 1.2.2 国内发展状况 |
| 1.3 目前国内外研究所存在问题 |
| 1.4 研究的内容 |
| 第二章 融合器设计 |
| 2.1 融合器设计概念 |
| 2.1.1 颈椎融合器设计目标 |
| 2.1.2 融合器结构设计准则 |
| 2.2 融合器形状设计 |
| 第三章 颈椎C5-C6完整模型和融合器组有限元模型建立 |
| 3.1 研究对象与设备 |
| 3.2 颈椎完整C5-C6节段建模 |
| 3.2.1 Mimics建模 |
| 3.2.2 颈椎逆向建模 |
| 3.2.3 椎间盘建模及网格划分 |
| 3.3 颈前路融合器模型建立 |
| 3.3.1 融合器与椎体的装配 |
| 3.3.2 网格划分 |
| 3.4 讨论 |
| 第四章 有限元仿真结果与讨论 |
| 4.1 有限元法理论基础 |
| 4.2 颈椎完整C5-C6模型有效性验证 |
| 4.2.1 接触及材料属性设置 |
| 4.2.2 设定边界条件 |
| 4.2.3 模型验证结果 |
| 4.3 融合器防下沉性能力指标 |
| 4.3.1 设定边界条件 |
| 4.3.2 防下沉性能力指标 |
| 4.4 结果分析 |
| 4.4.1 不同工况下活动度的变化 |
| 4.4.2 融合器植入后的位移变化 |
| 4.4.3 不同工况下各个椎体最大应力对比 |
| 4.4.4 融合器植入后各个工况下的椎体应力分布 |
| 4.4.5 不同工况下C6上终板应力分布 |
| 4.4.6 不同工况下融合器应力分布 |
| 4.5 讨论 |
| 4.5.1 模型有效性分析 |
| 4.5.2 防下沉性能力指标能力分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 融合器实验测试 |
| 5.1 3D打印融合器实物 |
| 5.2 实验材料、设备 |
| 5.2.1 实验标本来源 |
| 5.2.2 实验设备 |
| 5.3 实验方法 |
| 5.3.1 轴向压缩测试 |
| 5.3.2 前屈、后伸和左右侧弯测试 |
| 5.3.3 融合器的破坏实验 |
| 5.3.4 融合器疲劳试验 |
| 5.4 有限元仿真 |
| 5.5 结果及分析 |
| 5.5.1 轴向压缩结果 |
| 5.5.2 前屈结果 |
| 5.5.3 后伸结果 |
| 5.5.4 左侧弯结果 |
| 5.5.5 右侧弯结果 |
| 5.5.6 最大载荷对应的位移 |
| 5.5.7 轴向刚度 |
| 5.5.8 破坏实验结果 |
| 5.5.9 融合器疲劳试验结果 |
| 5.6 讨论 |
| 5.6.1 融合器材料选择 |
| 5.6.2 实验标本选择 |
| 5.6.3 融合器的初始稳定性评价 |
| 第六章 总结与与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文及科技情况说明 |
| 致谢 |
（7）腰椎微创椎间填充融合装置的研制及基础研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 引言 |
| 参考文献 |
| 第一部分 腰椎微创椎间填充融合系统的应用解剖 |
| 材料与方法 |
| 1 实验材料和测量工具 |
| 2 研究方法及解剖学参数 |
| 3 统计分析 |
| 结果 |
| 1 终板测量参数 |
| 2 椎间盘测量参数 |
| 讨论 |
| 小结 |
| 参考文献 |
| 第二部分 腰椎微创椎间填充融合装置的有限元研究 |
| 材料与方法 |
| 1 实验对象 |
| 2 软件 |
| 3 正常腰椎L3-4三维实体模型的建立 |
| 4 腰椎椎间内固定三维有限元模型的建立 |
| 5 载荷及边界条件 |
| 结果 |
| 1 有效性验证 |
| 2 整体活动范围及位移 |
| 3 腰椎L3-4椎间不同内固定方式的应力分布情况 |
| 4 终板的应力分布 |
| 讨论 |
| 小结 |
| 参考文献 |
| 第三部分 腰椎微创椎间填充融合装置的研制及设计 |
| 材料与方法 |
| 1 腰椎微创椎间填充融合装置主要组件及其结构特点 |
| 2 腰椎微创椎间填充融合装置手术操作步骤 |
| 3 腰椎微创椎间填充融合装置设计理念及其工作原理 |
| 4 腰椎微创椎间填充融合装置材料选择及其特性 |
| 讨论 |
| 1 腰椎微创椎间融合术的发展 |
| 2 传统椎间融合器存在的问题 |
| 3 腰椎微创椎间填充融合装置的设计特点及原理 |
| 小结 |
| 参考文献 |
| 第四部分 腰椎微创椎间填充融合装置的生物力学测试 |
| 材料与方法 |
| 1 材料及设备 |
| 2 实验标本的制备及分组 |
| 3 脊柱三维运动测量方法 |
| 4 数据分析 |
| 结果 |
| 1 腰椎L3-4节段活动度(ROM,rangeofmotion) |
| 2 腰椎L3-4节段刚度和中性区刚度 |
| 讨论 |
| 1 腰椎微创椎间填充融合的生物力学稳定机制 |
| 2 腰椎微创填充融合内固定术后椎间稳定性评估 |
| 小结 |
| 参考文献 |
| 综述 腰椎间融合器的研究进展 |
| 参考文献 |
| 英文缩略词表 |
| 攻读学位期间公开发表的论文 |
| 致谢 |
（8）经口前路解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统的研制及生物力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 前言 |
| 第一部分 寰枢椎侧块关节解剖型融合器的研制 |
| 1.1 研究目的 |
| 1.2 研究方法 |
| 1.3 研究结果 |
| 1.4 讨论 |
| 第二部分 寰枢椎侧块关节零切迹(Z-P)固定融合系统的研制 |
| 2.1 研究目的 |
| 2.2 研究方法 |
| 2.3 研究结果 |
| 2.4 讨论 |
| 第三部分 寰枢椎侧块关节解剖型融合器及零切迹(Z-P)固定融合系统的生物力学研究 |
| 3.1 研究目的 |
| 3.2 研究方法 |
| 3.3 结果 |
| 3.4 讨论 |
| 参考文献 |
| 综述 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）寰枢椎侧块关节融合器的研制及力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要英文缩略词表 |
| 前言 |
| 第一部分 寰枢椎侧块关节融合器研制的解剖学及影像学测量 |
| 材料和方法 |
| 结果 |
| 讨论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 第二部分 寰枢椎侧块关节融合器的研制 |
| 材料的选择及其特性 |
| 寰枢侧块关节融合器的图纸设计 |
| 寰枢侧块关节融合器的加工及形状设计 |
| 手术具体实施 |
| 寰枢侧块关节融合器的特点 |
| 参考文献 |
| 第三部分 寰枢椎侧块关节融合器的生物力学研究 |
| 材料和方法 |
| 结果 |
| 讨论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 第四部分 双侧寰枢侧块关节融合器联合寰枢椎柞弓根螺钉内固定系统的三维有限元研究 |
| 材料和方法 |
| 结果 |
| 讨论 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 全文总结 |
| 文献综述一 |
| 参考文献 |
| 文献综述二 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 在研期间学术活动情况 |
| 致谢 |
（10）新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉内固定系统的研制与生物力学研究（论文提纲范文）
| 缩略语表 |
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 前言 |
| 文献回顾 |
| 1 腰椎融合技术的方法及进展 |
| 2 生物医用钛合金材料的进展 |
| 3 有限元方法在脊柱外科的应用 |
| 第一部分 人体腰椎（L3-S1）有限元模型的建立 |
| 1 材料 |
| 2 方法 |
| 3 结果 |
| 4 讨论 |
| 第二部分 Ti2448 椎弓根螺钉内固定系统的有限元分析 |
| 1 有限元模型的建立 |
| 2 有限元模拟生物力学试验 |
| 3 结果 |
| 4 讨论 |
| 第三部分 Ti2448 椎弓根螺钉内固定系统的优化设计研究 |
| 1 材料 |
| 2 方法 |
| 3 结果 |
| 4 讨论 |
| 第四部分 Ti2448 椎弓根螺钉的体外生物力学研究 |
| 1 材料 |
| 2 方法 |
| 3 统计学方法 |
| 4 研究结果 |
| 5 讨论 |
| 小结 |
| 参考文献 |
| 个人简历和研究成果 |
| 致谢 |
四、氮化纯钛颈椎植骨融合器的研制及生物力学测试（论文参考文献）
- [1]一种新型多孔钽材料椎间融合植入物实验研究[D]. 陆明. 南方医科大学, 2020(01)
- [2]可降解解剖型nHA/PLGA椎间融合器的研制[D]. 朱领军. 中国人民解放军海军军医大学, 2019(04)
- [3]新型3D打印颈椎椎间融合器的研制及动物实验初步研究[D]. 汤泽瀚. 中国人民解放军海军军医大学, 2019(12)
- [4]3D打印颈椎多孔型金属网式融合器的三维有限元分析[D]. 刘峰. 南华大学, 2019(01)
- [5]颈椎融合器的力学测试及有限元验证[J]. 刘俊,陈玲,田杰,年智文,毕富悦. 天津理工大学学报, 2019(02)
- [6]颈椎椎间PLA融合器的有限元分析与实验研究[D]. 田杰. 天津理工大学, 2019(08)
- [7]腰椎微创椎间填充融合装置的研制及基础研究[D]. 崔旭东. 苏州大学, 2018(01)
- [8]经口前路解剖型寰枢椎侧块关节融合器及零切迹（Z-P）固定融合系统的研制及生物力学研究[D]. 莫少东. 南方医科大学, 2017(01)
- [9]寰枢椎侧块关节融合器的研制及力学研究[D]. 李松凯. 第二军医大学, 2011(09)
- [10]新型低弹性模量脊柱椎弓根螺钉内固定系统的研制与生物力学研究[D]. 王征. 第四军医大学, 2011(09)