全髖關節置換術(total hip arthroplasty, THA)作為一種有效的治療骨關節炎的方法，每年成功實施超過100萬例，對髖關節植入體的研究一直是熱門的研究方向。3D打印作為一種先進的制造技術，憑借其可以成形任意形狀的特點，能夠應用于制造復雜的幾何結構。因此通過3D打印工藝將髖關節結構的拓撲優化設計和制造相結合，實現植入體的性能改善，對THA技術的提升具有重大科學研究意義。
華南理工大學王英俊教授團隊采用比例拓撲優化(proportional topology optimization, PTO)方法對髖關節植入體進行了結構設計計算，如圖1所示。研究中，對PTO方法進行了擴展，將孔隙大小、孔隙度等約束條件轉化為單元密度的上下限，并構造了兩種密度更新策略來處理界面失效和疲勞約束。其中，引入界面失效約束以防止骨植入體的微運動，將疲勞約束應用于微點陣結構以保證維持生理機械載荷所需的強度。
圖2 髖關節優化結構實物圖
來源：南極熊3D打印網
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高經理
