目前,由于病变、事故等原因导致髋关节功能丧失,在药物无助的情况下,用人工假体替代天然关节的人工髋关节置换手术是恢复髋关节功能的有效治疗方法。但是置换术后的中远期效果不能令人满意,植入假体出现无菌松动等并发症,导致手术失败引起翻修。国内外研究认为,无菌松动的原因分两大类,力学因素和生物因素,例如应力遮挡和磨损微粒碎屑等。解决假体松动,提高其稳定性、延长有效使用期已经成为该领域医学和工学界共同关注的重点前沿研究课题[1-22]。本课题来源于国家留学回国人员科研基金资助项目(2001345)。在设计定制无柄髋关节假体、虚拟置换股骨头、用有限元软件来分析股骨-假体之间的接触并定量的测定股骨在进行假体置换前后应力遮挡的程度,以及利用ANSYS功能强大的疲劳分析模块(fatigue)来分析无柄假体的疲劳寿命方面,笔者做了一些工作,获得了大量的数据,为定制型无柄假体的优化设计提供思路和参数依据。本文的主要研究工作包括以下几个方面:①依据股骨的CT图片数据,设计符合个体的定制型无柄髋关节假体。对定制型无柄髋假体提出两套设计方案:非解剖型无柄假体、解剖型无柄假体,并在假体设计好之后进行虚拟置换。②利用有限元软件ANSYS的参数化语言(APDL)进行二次开发,改造股骨材料赋值程序,在实现股骨有限元模型材料非均匀及正交各向异性的同时,保证其实体模型与有限元模型的统一。③在分析股骨-假体接触模型前,对接触问题的相关理论进行总结,并利用耦合节点自由度和建立节点自由度约束方程的方法对复杂的接触问题分析进行简化,着重说明了节点自由度耦合及约束方程的设置理论和方法。④从假体对股骨的应力遮挡效应入手,对比分析了一种步态下的共27组模型,其中包括1组股骨在未植入假体时的受力模型以及26组假体在不同设计状态(假体形状、材料属性、设计方法)时的模型。通过比较每组模型的股骨相同位置的内、外侧各5个应力、应变比较点的平均Von Mises应力、Von Mises应变值,就可以确定不同因素对应力遮挡的程度。⑤针对目前这一课题的研究新方向—假体的疲劳寿命,本文尝试用ANSYS的疲劳(fatigue)模块实现对股骨假体的疲劳计算,并对结果进行分析。