[1]	王晓辉, 王 坤, 胡志勇, 田红亮. 假肢接受腔设计及界面应力的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(6): 862-868.
[2]	伍笑棋, 李 顶, 黄学成, 黄文华. 建立下肢形态学数据库为匹配术后即装假肢提供参考[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(15): 2297-2302.
[3]	张兴飞，王文成，许亚军. 数字化技术在平足研究中的应用：三维模型构建与生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(20): 3242-3247.
[4]	吴建明，胡 伟，刘向阳，赵 晖. 全膝关节置换中采用测量截骨与间隙平衡技术的对比分析[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(18): 2817-2821.
[5]	李 亢，姜 燕，田大为，刘向阳. 个性股骨假体的三维仿真及模拟力学试验[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(11): 1731-1736.
[6]	凌观汉，欧志学，姚 兰，文立春，汪国翔，林衡锋. 中日友好医院分型的L型股骨头坏死仿真三维模型建立[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(7): 1074-1079.
[7]	李大成，付 莹，陈望军，冯 跨. 多孔钛合金支撑棒在踝关节损伤中的应用及生物力学性能[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(34): 5413-5417.
[8]	欧志学，凌观汉，姚 兰，林衡锋. 三维有限元法分析钽棒置入治疗个体化股骨头坏死的力学效能[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(31): 4983-4988.
[9]	冯杰荣，殷海东，陈 伟，黄明光. T12椎体前缘不同压缩状态下相邻椎体终板应力的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(22): 3263-3271.
[10]	魏 冬，夏 群，苗 军，白剑强，刘佳男，李宏达. 生理载荷下健康成人寰枢椎三维瞬时运动的特点[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(17): 2526-2532.
[11]	张 燕，郜 鑫，陈玲玲，张浩淼. 基于随机森林算法的地形识别系统在主动型膝上假肢控制中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(53): 8609-8614.
[12]	张海峰，史冠忠，朱洪智，宋翠荣，赵长义，任国山. 基于图像数据建立器官三维模型[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(40): 6547-6552.
[13]	钟锦然，何 坚，陈 剑，陈菁华，林 颖，王芗斌. 应用逆向工程技术测量人膝关节内外侧间室间隙和体积[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(31): 5046-5050.
[14]	唐通鸣，邓佳文，张 政，黄明宇，倪红军. 基于逆向工程和快速成型技术的髋骨三维实体模型个性化重建[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(26): 4253-4257.
[15]	袁 玮，陈忠利. 颈动脉血液动力学的数值模拟[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(42): 6784-6788.

根据全国残疾人抽样调查显示，中国现有残疾人约6 000万，肢体残疾人877万，其中有半数以上可以通过康复治疗和康复训练的方法恢复生理功能，安装假肢是截肢患者恢复活动能力和外观的主要康复手段^[1] 。
由于截肢患者的残肢情况不同，假肢接受腔的形状也是因人而异，按受腔适配情况与制作师的经验、手法、技巧等因素有重要关系，传统加工方法多采用石膏绷带取形和手工修模，制作工艺费时费力，使用时还会造成残肢部位组织损伤^[2] ，为了克服传统手工假肢制作的缺点，20世纪80年代后期将计算机辅助接受腔设计技术应用于假肢接受腔的加工^[3-8] 。计算机辅助接受腔设计技术首先建立接受腔的可重复三维模型；针对不同患者残肢形状和尺寸修改模型后得到接受腔阳模的加工数据；在专用数探机床上加工出接受腔阳模；最后通过真空注塑等方法从阳模上抽取出接受腔^[9] 。计算机辅助接受腔设计技术应用后大幅度提高了假肢接受腔制作的质量和加工效率，减少对制作师因知识和经验缺乏造成的失败，降低制作成本和接受腔质量的不确定性，提高成功率，从根本上改变传统依靠手工设计、测量、取型、修型等落后的生产模式。
本文结合国内的实际情况，对小腿截肢患者进行分析，建立假肢接受腔计算机的三维建模，为假肢的加工制造提供可靠的加工数据。

3.1  计算机辅助接受腔设计  残肢轮廓形状复杂，测量方法也有所不同。如浸水法是通过一个透明的水和一个支持水箱上的升降机测升降机的位置和残肢浸水的深度，计算残肢的断面体积和整体体积，有学者采用了圆周测量和一个可编程序计算器来计算残肢的总体积的体积增量，这个方法可测出水平面上的残肢横截面面积^[12] 。
接触式测量是用一个固定圆盘和一个可以在任何高度水平方向旋转的测头在石膏模型旋转时测量模型内侧，并将测量位置记录在计算机中，采用这种方法测量精度主要依赖测头与石膏模型的接触程度，测量结果精确度较浸水法准确，但还是不能比较准确的反映残肢的外形。
20世纪80年代开始计算机辅助接受腔设计技术就已经在广泛的研究和应用，假肢接受腔先后经历了插入式、四边形式、坐骨承重式及坐骨包容式几个发展阶段^[13] 。
本文中计算机辅助设计是通过获取残肢轮廓或外形尺寸，在计算机中对残肢三维模型进行建模和修改的计算机程序，可以在短时间内得出接受腔结构和基本尺寸的三维模型，满足生物力学要求，患者才能穿戴舒适，避免因制作师经验不足导致的主观差异，减少了石膏污染。
工业发达国家相继出现多种系统，典型的有美国俄亥俄州的OMEGA Tracer CAD系统、加拿大Varum公司的CANFIT系统、瑞典的CAPOD系统、德国的IPOS公司系统、OTTO BOCK公司以及其他一些系统，计算机辅助接受腔设计技术在发达国家已得到广泛的临床推广使用。
由于残肢和接受腔具有三维不规则外形，尤其是残肢内部结构复杂，需要用计算机辅助设计构建三维模型完成，计算机辅助设计构建的三维模型和有限元分析可以更真实的模拟图像的外观和结构。CT及核磁共振技术扫描，不仅提高了三维模型的精度，而且进一步细化了残肢的内部结构，为有限元分析提供了更准确的数据^[14-16] 。
3.2  三维有限元方法分析  残肢的受力是由接受腔引起，通过骨骼从接受腔传递给软组织，改变接受腔的形状可以改变残肢的受力分布，接受腔的形状修改应保证残肢各部位的受力均衡。以往残肢与接受腔的载荷是通过实验测量的，被测者穿上假肢，通过安装在接受腔上或旋转于残肢和接受腔之间的薄膜式压力传感器测量患者站立或行走过程中残肢表面的应力，这种方法比较准确，但测量数目和面积有限，只能测量残肢上离散点的应力，而且是在假肢制作后进行^[17-18] 。虽然残肢与接受腔力学分析不能达到完全一致，但也为接受腔优化设计提供了科学依据，是假肢接受腔制造的前提和基础。因此，接受腔设计的好坏直接影响假肢的功能和使用时的舒适程度。
有限元方法是固体力学中的一种重要方法，原理是把固体系统转变为离散型的结构，即先将物体假想分成多个子单元，各个单元是由结点联系在一起的，再对每个单元用结点未知量来近似表示单元内部的各种位置量，从而将每个单元对整体的影响转化到各自单元的结点上；随后将这些单元总装成一个整体，并使它们满足整个物体的边界条件和连续条件，从而得到一组有关节点未知量的方程组；通过求解方程组，就可以求得物体内部各点所要求的各种物理量；单元内部物理量通过单元各节点内插来得到^[19-23] 。
随着计算机技术的发展，在20世纪70年代有限元方法由Belytschko等开始引用，由于有限元模型可以在仿真实验条件进行拉伸、弯曲、扭转、抗疲劳等力学模拟，并求解不同实验条件下模型任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等变化情况，极大满足了生物力学研究的需要，因此发展迅速，人们开始大量使用数值模型和有限元分析复杂结构，有限元分析已逐渐成为生物力学的重要分析手段。
优点有以下几种：①研究范围广，对于复杂结构均可以进行力学分析。②可以给予出数值解，结构模型内任意一点的应力变化情况都可以用列表或梯度线图直观地显示出来。③具有灵活的分析能力，根据研究对象的特点，可以灵活、方便地改变载荷或边界条件，增强了分析的适用范围。尽管有限元法有上述优点，但其计算结果仍是一个近似解，需要与临床实践相结合加以综合的分析^[24-28] 。
从有限元方法引用于接受腔的应力分析，20余年中建立了许多模型，从不同的角度改善模型的建立试图更准确的模拟真实情况^[29] 。建立残肢与接受腔有限元分析的目的有两个，第一可以增加对接受腔承载的生物力学理解，第二可以提高接受腔计算机辅助设计和制造技术的效益和可靠性。采用有限元方法建立残肢和接受腔的几何模型，施加载荷，模拟界面应力分布，可更好地优化建模，节约时间和成本，提高临床可行性。本文只建立残肢和接受腔的三维模型，接下来的实验准备用有限元方法进行分析，并深入研究，这对于假肢接受腔的设计更具有指导意义。
3.3  假肢接受腔材料  假肢接受腔材料选择对截肢患者配带的舒适度有至关重要的作用。目前常用的接受腔材料有热塑性树脂，例如聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂等，弹性模量为10~25 GPa，泊松比为0.3~0.4，有些分析中将其假设为刚体。衬套常采用聚氨酯泡沫塑料，弹性模量一般为360~800 GPa，泊松比为0.3~0.5^[30] 。股骨、胫骨、腓骨、髌骨等弹性模量为  10~15 GPa，泊松比约为0.2~0.3，或假设为刚体。肌肉、脂肪、皮肤等软组织多简化为均匀、各向同性、线弹性材料，弹性模量大小差异较大，为27~965 GPa，有的甚至高达2 490 GPa。

	阅读次数
	全文
	摘要