生物医学工程的迅速发展,带来了人类医疗技术的革命。而病变、事故等原因导致髋关节功能丧失,给患者带来了很大的不便。人工关节特别是人工髋关节置换术是一种能即刻缓解、消除关节疼痛,提高患者生活质量的成功手术。因此工学和医学界都十分重视人工股骨(特别是髋关节)的研究,此项技术对生物医学工程具有重要意义。在全髋关节置换术中,定制型人工股骨假体由于实现了与骨髓腔的最佳匹配,因此能更好地适应人体内部的生物力学环境,消除对股骨正常应力的破坏,减少应力遮挡,从而延长了股骨假体的使用寿命。但由于股骨几何形态的多样性以及股骨结构材料的复杂性,在实际研究应用中,至今仍缺乏假体植入股骨髓腔后假体的物理参数对股骨重建影响的有效数据。本课题来源于高等学校博士学科点专项科研基金项目(20060611014)。研究的目的是通过建立数字化股骨-假体系统模型,结合自主研发的骨重建自适应程序通过有限元软件ANSYS进行有限元分析,在计算机中模拟了内置假体植入股骨髓腔后,假体的结构形态、材料属性、几何尺寸和接触形式对骨组织应力大小以及骨细胞生长和重建情况的影响,从而可以在髋关节置换手术前仿真评估植入假体的设计参数的变化对股骨重建的影响,为定制型股骨假体的设计提供准确的几何参数和力学依据。本文的研究工作主要包括以下几个方面:①根据患者股骨的CT图像数据提取股骨的内外轮廓线,并在CAD软件中进行封闭光顺处理,采用由大面合并剪切生成端面消减小面的方法,优化反求了股骨三维实体模型,使模型更加逼近真实股骨。②通过三种不同的设计方法设计参数相异的植入假体,并通过在CAD软件Pro/E中虚拟装配,建立股骨-假体系统的三维实体模型,为下一步的分析运算打下了良好的基础。③基于骨重建理论的研究成果,研究髋关节内置假体植入股骨髓腔后,在正常的生理力作用下,股骨单元重建自适应与力学激励之间的关系。④通过VC++自主开发骨重建自适应程序,把假体的物理参数对骨重建的影响进行定量的程序化计算,并导入有限元软件ANSYS中,进行仿真模拟。⑤从股骨-假体系统所受到的应力以及股骨重建的速率着手,对比分析了7种不同物理参数的假体植入股骨髓腔后对骨重建的影响。