多孔股骨假体结构设计与性能研究

目前的全髋关节假体股骨柄与宿主骨之间的弹性模量存在巨大的差异,这将诱导无菌性松动等长期并发症的发生。仿生多孔股骨柄能有效缓解应力遮挡带来的骨吸收问题,并通过骨细胞向内生长从而提供牢固的长期稳定性。本文旨在通过有限元分析,探讨不同多孔股骨柄在缓解骨吸收、促进骨整合方面的应用前景。提出了一种基于金刚石晶格结构的直观可视化方法,以了解孔隙大小、孔隙率与骨生长需求和增材制造约束之间的关系,并得到了金刚石晶格结构孔隙率选择的许可设计空间。随后,借助有限元的分析方法,在计算机中仿真模拟手术结果,并对多孔假体和全金属假体进行刚度以及应力遮挡率方面的评价。结果表明多孔假体在促进骨整合和缓解骨吸收方面具有明显的优势。     

基于TPMS建模方法进行仿生骨支架结构设计

为了更好地拟合出人体骨细胞生存生长的多孔曲面环境,采用基于函数的极小三周期曲面(TPMS)建模方法,来进行仿生骨支架结构的设计。采用这种方法,能够通过调整函数的相关参数,实现对仿生骨支架孔径大小以及孔隙率大小的精准控制。选取了TPMS结构中的一种P曲面结构,通过与人体真实骨组织结构单元孔径大小以及孔隙率大小进行比对,选定了P曲面结构的参数值u,并确定了仿生骨支架合理的单元尺寸,最后通过有限元仿真软件对模型进行了力学分析及评估,结果表明,设计的支架结构具有更匹配人体骨结构的力学性能,对指导构建人工骨支架结构具有重要意义。