供稿人:董恩纯，王玲 发布日期：2018-01-03
使用多孔结构是解决金属假体应力遮挡问题的最佳途径，相比于均匀的多孔结构，梯度多孔结构可以根据我们的需要合理分配结构和材料，从而达到最佳的使用效果，因此成为了现在的研究热点问题。
意大利巴里理工大学的研究人员[1]研究了不同梯度变化规律的多孔结构对骨长入能力的促进做作用，并开发了一种基于生物力学的优化算法以找到最佳的孔隙分布规律。该算法包括了参数化有限元模型、一个计算机械性能的模型和数值优化程序。对于特定的边界条件和加载条件，该算法可以构建不同孔隙率分布的支架，并且根据骨长入的量自动迭代，以达到最佳的孔隙分布的微观结构。
图1. 算法流程图
根据图1的算法流程图可以看到，首先，我们需要选择一种梯度多孔变化规律：均匀、线性变化、多线性变化等。然后通过设置参数，算法自动生成CAD模型，然后系统自动对其进行前处理，生成有限元模型并进行有限元计算，通过计算生物力学刺激系数S，根据文献便可以得到在孔隙位置生成的为纤维、成骨细胞或者破骨细胞等，然后计算骨的生成量，逐步迭代，最终达到最佳的孔隙分布规律。
该文献开发的梯度多孔优化算法可以自动迭代生成最有利于骨长入的功能梯度多孔结构，大大简化了设计过程，这对人工假体的设计与优化过程具有较大的参考价值。