供稿人:董恩純，王玲 發(fā)布日期：2018-01-03
使用多孔結(jié)構(gòu)是解決金屬假體應(yīng)力遮擋問(wèn)題的最佳途徑，相比于均勻的多孔結(jié)構(gòu)，梯度多孔結(jié)構(gòu)可以根據(jù)我們的需要合理分配結(jié)構(gòu)和材料，從而達(dá)到最佳的使用效果，因此成為了現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。
意大利巴里理工大學(xué)的研究人員[1]研究了不同梯度變化規(guī)律的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)骨長(zhǎng)入能力的促進(jìn)做作用，并開(kāi)發(fā)了一種基于生物力學(xué)的優(yōu)化算法以找到最佳的孔隙分布規(guī)律。該算法包括了參數(shù)化有限元模型、一個(gè)計(jì)算機(jī)械性能的模型和數(shù)值優(yōu)化程序。對(duì)于特定的邊界條件和加載條件，該算法可以構(gòu)建不同孔隙率分布的支架，并且根據(jù)骨長(zhǎng)入的量自動(dòng)迭代，以達(dá)到最佳的孔隙分布的微觀結(jié)構(gòu)。
圖1. 算法流程圖
根據(jù)圖1的算法流程圖可以看到，首先，我們需要選擇一種梯度多孔變化規(guī)律：均勻、線性變化、多線性變化等。然后通過(guò)設(shè)置參數(shù)，算法自動(dòng)生成CAD模型，然后系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行前處理，生成有限元模型并進(jìn)行有限元計(jì)算，通過(guò)計(jì)算生物力學(xué)刺激系數(shù)S，根據(jù)文獻(xiàn)便可以得到在孔隙位置生成的為纖維、成骨細(xì)胞或者破骨細(xì)胞等，然后計(jì)算骨的生成量，逐步迭代，最終達(dá)到最佳的孔隙分布規(guī)律。
該文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)的梯度多孔優(yōu)化算法可以自動(dòng)迭代生成最有利于骨長(zhǎng)入的功能梯度多孔結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，這對(duì)人工假體的設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程具有較大的參考價(jià)值。