摘要：椎间融合器在临床上经常用于脊柱感染性和退行性疾病的治疗,然而,进一步的临床应用通常受到一些缺陷的困扰,如应力遮挡和融合器沉降.本研究旨在提出一种新的脊柱融合器个性化设计理念:从微观到宏观的多尺度联合设计方法,创建与腰椎骨终板弹性模量和手术形式皆匹配的脊柱融合器.具体而言,引入三周期极小曲面来模拟聚醚醚酮(PEEK)融合器的多孔结构,通过调整孔隙参数以实现定制的宏观力学性能和孔隙结构的渗透性能。接着,针对经皮内镜下腰椎后路椎间融合术(PE-PLIF)进行多目标(屈伸、弯曲和扭转)拓扑优化,得到二次设计的新型多孔拓扑融合器。最后,将临床常用的钛融合器、PEEK融合器和本文设计的新型融合器进行基于有限元方法的生物力学对比分析。结果表明,与其他两种融合器相比,新型多孔拓扑融合器有着较低的骨-融合器界面应力和较高的内部移植骨应力和应变能密度,证明其有着较低的融合器沉降率和应力屏蔽的风险.总之,新型多孔拓扑融合器由于其良好的生物力学性能成为椎间融合术的理想选择.本文所提出的融合器设计思路和理念也可用于指导其他不同椎间融合术.

摘要：目的基于一种新型髋关节假体柄设计,分析其在站立、行走、跑步和坐姿工况下的应力分布差异。方法基于人体CT数据,建立7组不同柄植入后的髋关节模型,利用有限元分析方法计算不同工况下假体柄和股骨应力情况。结果与植入传统假体柄相比,站立时新型假体柄植入后假体柄应力峰值降低23%、股骨应力降低72%。7种假体柄结果显示,假体柄高度为86.5 mm的新型设计最符合患者需求。多工况结果显示,患者处于坐姿,柄承受应力最小,使用寿命更长。结论新型假体柄有助于延长假体使用寿命,减小骨损伤风险。髋关节假体模型为后期柄的设计及患者术后康复提供科学理论支撑。