人工关节生物力学研究

       人工关节置换后生物力学环境的研究是指导假体设计、手术安装、假体翻修的重要标准，有限元分析结合骨肌多体动力学仿真是生物力学研究的有效手段。通过建立包含骨骼、肌肉、韧带和软骨组织在内的骨肌多体动力学模型，研究人体各主要关节置换后的生物力学环境，得到假体运动方式和用于有限元研究的精准边界条件。团队利用上述分析方法已经在髋膝关节置换和翻修、颞下颌关节和颈椎关节等置换、多孔材料特性研究上取得了优异成果。

人工关节生物摩擦学研究

       长期以来，磨损一直是人工关节假体服役性能与寿命提升的瓶颈，磨屑导致的无菌性松动是人工关节失效的重要原因。另外，人工关节设计趋势已从基于解剖形状发展到骨肌力学功能，而关节运
动学功能的需求与磨损是相互矛盾的，骨肌力学功能和摩擦学性能的协同优化仍然是一个世界难题。团队利用上述骨肌多体动力学分析方法，结合摩擦学优化设计，重点研究人工关节的在体服役行为演化的关键机理与核心机制，探求近自然运动功能与假体寿命的调控机理。

人工关节固定面承载与再生研究

       生物固定界面不稳定也是影响人工关节寿命及病人术后满意度的重要因素。大量科学研究和临床实践结果表明，金属材料的弹性模量远高于人体骨组织，形成严重的力学失配与应力屏蔽，导致金属假体与骨组织结合松动，难以满足预期植入效果。应力屏蔽已成为困扰骨科植入物发展的关键问题。金属材料多孔化是解决这一问题的有效方法。团队拟通过研究在体服役环境下假体材料力学与生物组织力生物学的耦合作用，揭示多级多孔金属性能/修复功能三者之间的映射关系，研究在体力学环境下固定界面的力学承载与组织再生功能的调控原理，最终实现固定面承载与再生的优化设计。
个性化人工关节优化设计

       近年来研究者发现人工关节滑动面和固定面的失效并非孤立事件。滑动面设计不佳会影响固定面的接触力学，导致固定面松动。另外，固定面的稳定性也会影响滑动面的运行效果。因此在人工关节置换后，滑动面和固定面中只要其中之一存在设计使用缺陷，在长期的相互影响下很容易引起失效过程加速，最终导致置换失败。由此可见，独立的滑动面或固定面设计改进已不能满足当前要求，人工关节的设计趋势应从单纯的独立解决滑动面磨损问题和固定面稳定问题的阶段发展成为研究滑动面和固定面耦合设计的新阶段。