髋关节是维持人体日常活动的重要关节之一,同时也较容易损伤从而引发疾病,目前髋关节置换术是治疗髋关节疾病的有效手段。随着患者逐渐趋于年轻化,如何将髋关节假体使用寿命延长是近年来研究的热点。计算机辅助技术(Computer Aided Design,CAD)和3D打印技术(Three-dimensional Printing)的快速发展,为髋关节假体的优化设计提供了新的技术支持。3D打印技术具有精确并且可以控制微小孔隙的制造工艺,可以根据患者自身情况为其设计个体化假体。将单元体(Unit Cell)结构在三维空间内进行有序地堆积可以得到多孔结构,将髋关节假体内部设计为多孔结构可以增强假体的稳定性,缓解其应力遮挡现象,延长其使用寿命。本文的主要研究内容:首先选用立方体型、对角型、柱八面体型、体心立方型4种不同的单元体结构,将单元体结构的支柱直径设定在700-1000μm范围之间、孔隙尺寸设计为600μm、孔隙率设计为49%,分别将4种不同的单元体结构在三维空间内进行有序排列,得到4种不同的钛合金多孔结构,建立4种多孔结构的几何模型和有限元模型,模拟压缩实验进行有限元仿真分析,探究不同多孔结构力学性能的差异;其次采用3D打印技术制造与有限元模型相对应的多孔结构模型,对多孔结构进行形态参数分析、表面形貌观测,通过压缩实验对不同多孔结构的力学性能进行研究;随后对有限元仿真计算结果及压缩实验结果进行分析,探究不同多孔结构力学性能的差异;最后将多孔结构放入髋关节假体中,建立致密型髋关节假体模型及4种不同的多孔型髋关节假体模型,在髋关节假体的顶部施加位移载荷模拟抗弯实验,应用有限元方法探究不同类型的多孔结构对髋关节假体力学性能的影响。研究结果表明,多孔结构与致密结构相比可以降低结构的弹性模量,实现与人体骨骼力学性能相匹配(4种多孔结构的弹性模量均在人体松质骨和皮质骨的弹性模量的范围内,即0.05-20GPa之间),其中立方体型多孔结构与其他三种多孔结构相比具有较高的屈服强度和强度极限,力学性能较为优越。将多孔结构放入髋关节假体中结果表明,4种多孔型髋关节假体与致密型髋关节假体相比均能有效地降低假体的抗弯强度,缓解术后假体周围的应力遮挡现象。其中立方体型髋关节假体表现较为优越,其应力分布较为均匀,它的抗弯刚度为4422N/mm,与其他多孔型髋关节假体相比较低,能够更有效地降低术后假体松动的风险,延长髋关节假体的使用寿命。本研究表明,将髋关节假体内部设计为多孔结构可以降低假体的抗弯刚度,减轻术后假体周围的应力遮挡现象,增强其稳定性,并延长其使用寿命。本文为临床髋关节假体的设计及研究提供了依据,为多孔型髋关节假体的可行性和髋关节置换术提供了科学指导及参考价值。