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：目前治疗股骨颈骨折的临床选择包括传统的空心螺钉内固定、动力髋螺钉内固定、髋关节置换和最新的股骨颈系统(FNS).股骨颈系统因表现出优良的机械性能而受到关注和欢迎.在本研究中,采用三维有限元法对股骨颈系统进行了分析,并根据分析结果对四种不同螺钉头的新型内固定进行了优化设计.在对FNS的分析结果中,植入股骨头内的螺钉部分受力较小,移位较大,由于这里使用了两个螺钉,材料消耗增加.钢板和锁定螺钉的结构使内固定物和股骨上的内应力更加均匀.在四种类型的螺钉头内固定中,四棱锥型螺钉头内固定的机械性能更为均衡.在四棱锥型螺钉头内固定与股骨颈系统的比较中,四棱锥型螺钉头内固定的应力和位移数据都显示出其优越性.股骨颈系统的单一尺寸设计对股骨尺寸偏离平均值较大的人群没有起到最佳的治疗效果,可调节长度和角度的新型内固定可以得到更广泛的应用.