模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析.pdf

窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 20240引言关节置换是通过手术用人工假体代替病变或损伤的关节，以恢复关节正常运动的治疗方法1。置换后假体松动导致关节置换失败一直是困扰骨科的难题2，影响假体松动的因素较多，其中骨-假体界面力学微环境失衡是导致假体松动的重要因素。骨-假体界面上存在着复杂的力学微环境，如微位移、接触压力、间隙、应变等，因此研究力学微环境对骨整合的影响需要合适的、相应的植入装置来实现。目前，研究界面力学微环境对骨整合影响的植入装置主要分为2种：模拟假体界面接触压力的植入装置和模拟假体界面微动的植入装置。模拟假体模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析石光辉1，张晓光2，李烜2，吕林蔚1，张春秋1*（1.天津理工大学机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，机电工程国家级实验教学示范中心，天津300384；2.天津市医疗器械审评查验中心，天津300191）摘要目的院设计一种模拟骨小梁假体界面微动的实验装置（以下简称“微动装置”），并进行有限元分析。方法院微动装置由带有螺纹的旋入圆筒、柔性铰、微动杆、骨小梁假体、连接杆和固定柱组成。采用SolidWorks软件构建微动装置模型，并将其导入ABAQUS软件中建立有限元模型，对股骨施加轴向位移载荷，分析微动装置中柔性铰的位置、假体与股骨之间的间隙和连接杆的长度对微动的影响。结果院微动装置产生的界面微动随柔性铰距旋入圆筒下端距离的增大而增大；假体与股骨之间的间隙逸20 滋m时，间隙对界面微动不产生影响；界面微动随着连接杆长度的增大而增大。结论院微动装置可以准确模拟出不同的骨-骨小梁假体界面的微动，可为研究不同界面微动对骨整合的影响提供实验装置。关键词骨小梁假体；界面微动；实验装置；有限元分析；骨整合中国图书资料分类号R318曰R197.39文献标志码A文章编号1003-8868渊2024冤01-0025-06DOI院10.19745/j.1003-8868.2024004Design and finite element analysis of experimental device for simulatinginterface micro motion of bone trabecular prosthesisSHI Guang-hui1,ZHANG Xiao-guang2,LI Xuan2,LYU Lin-wei1,ZHANG Chun-qiu1*(1.Tianjin Key Laboratory for Advanced Mechatronic System Design and Intelligent Control,National Demonstration Centerfor Experimental Mechanical and Electrical Engineering Education,School of Mechanical Engineering of Tianjin Universityof Technology,Tianjin 300384,China;2.Tianjin Medical Device Evaluation and Inspection Center,Tianjin 300191,China)AbstractTo design an experimental device for simulating the interface micro motion of bone trabecularprosthesis and carry out the finite element analysis.The experimental device was composed of a screw-in cylinderwith threads,a flexible hinge,a micro-motion rod,a trabecular prosthesis,a connecting rod and a fixation post.A model ofthe experimental device was constructed with SolidWorks software,and then imported into ABAQUS software to establish afinite element model.An axial displacement load was applied to the femur to analyze the effects of the position of the flexiblehinge,the gap between the prosthesis and the femur and the length of the connecting rod on the micro motion.Theinterface micro motion produced by the experimental device increased with the distance of the flexible hinge from the lowerend of the screwed-in cylinder;the gap between the prosthesis and the femur did not affect the interface micro motion whenthe gap was not lower than 20 滋m;the interface micro motion rose with the length of the connecting rod.Theexperimental device can accurately simulate the micro motion of different bone trabecular prosthesis interfaces,and can beused for studying the effect of the interface micro motion on osseointegration.悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造袁2024袁45渊1冤院25-30Key wordstrabecular prosthesis;interface micro motion;experimental device;finite element analysis;osseointegration基金项目院国家自然科学基金项目（12072235）；天津市科技项目（21JCYBJC01210）专利院国家发明专利（ZL 202110556446.2）作者简介院石光辉（1994），男，硕士研究生，研究方向为仿生设计理论与制造，E-mail：。通信作者院张春秋，E-mail：zhang_栽澡藻泽蚤泽论著石光辉，张晓光，李烜，等.模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析J.医疗卫生装备，2024，45（1）：25-30.25 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024界面接触压力的植入装置分为2种，一种是将植入装置的一部分植入动物体内，如Zhang等3、Han等4设计的模拟界面接触压力的植入装置，该类装置由螺钉型植入物和外部机械加载设备组成，使用时将植入物的一部分植入动物体内，通过外部加载装置向动物体外的植入物施加压力载荷，使骨-假体界面产生接触压力。另一种模拟假体界面接触压力的植入装置完全植入动物体内，该类装置能够减少植入部位感染的风险，如Zhang等5设计的模拟界面接触压力的植入装置。现有的模拟假体界面微动的植入装置根据载荷施加方式分为2种：一种是将微动装置植入动物体内，动物运动过程中自身产生的载荷转移到微动装置上，使微动装置产生微动。如Swider等6、Soballe等7设计的模拟假体界面微动装置，该类微动装置被植入到犬的膝关节中，当大腿屈曲时微动装置被加载产生轴向位移，经测试，每个步态周期中微动装置产生500 滋m的微动。但是该类微动装置无法避免微小的旋转和摇摆运动，在动物体内并不稳定。另一种是通过外部机械加载设备将载荷施加到假体上，使骨-假体界面产生微动。如Goodman等8设计的微动室，可以通过旋转微动室的盖子产生微动；Duyck等9、Jariwala等10通过机械加载设备对植入动物体内的假体施加位移载荷，使假体与骨之间产生微动；de Barros E Lima Bueno等11、Wazen等12设计的微动装置由螺纹形假体和外部机械加载设备组成，使用时将假体植入动物体内，通过外部机械加载设备对其施加径向压缩载荷，使骨与假体之间产生微动，但随着骨整合的进行，假体周围的组织变硬，杨氏模量增加，相同力的作用下微动会减小，无法保证每天的微动量相同。由于外部机械加载装置施加的载荷与假体植入动物体内所受的载荷不完全一致，所以需要设计一种基于动物自身运动而产生微动的界面微动装置。骨小梁假体具有良好的临床效果和生存率，随着3D金属打印技术的普及，骨小梁假体已经应用于临床13-14。骨小梁假体在应用中也存在微动过程。为研究微动对骨-骨小梁假体界面整合的影响，基于动物行走的自身载荷，利用金属与骨的弹性模量不同、变形差异，本文设计一种模拟骨小梁假体界面微动的实验装置，该装置不需要外部机械装置施加载荷，可以更准确地模拟出骨小梁假体植入后骨-假体界面之间的微动情况，避免动物运动时植入装置的微小旋转和摇摆运动，以为研究不同界面微动对骨整合的影响提供实验装置。1装置设计1.1三维建模使用三维建模软件SolidWorks构建模拟骨小梁假体界面微动的实验装置（以下简称“微动装置”）和股骨模型。微动装置由带有螺纹的旋入圆筒、柔性铰、微动杆、骨小梁假体、连接杆和固定柱组成。微动装置的具体参数如下：旋入圆筒的直径为6 mm，高为8 mm，螺纹型号为M6伊1.0；旋入圆筒内部柔性铰最薄的位置为0.2 mm，柔性铰上方的杆长与下方的杆长比例为4颐10；微动杆直径为1.1 mm，可绕柔性铰转动；骨小梁假体为边长2 mm的正方体，孔隙率为70%，孔径为320 滋m；固定柱直径为3 mm，螺纹型号为M3伊0.5。由于316L医用不锈钢的弹性模量与动物股骨的弹性模量相差较大，植入动物体内后在动物运动时不易发生变形，因此连接杆和固定柱的材料选用316L医用不锈钢。钛是公认的良好的植入材料，具有高疲劳强度、高耐腐蚀性和耐磨性等突出特点，因此旋入圆筒、柔性铰、微动杆和骨小梁假体的材料选用钛合金（Ti6Al4V）。1.2骨小梁的选择骨小梁结构可以消除弹性模量不匹配，降低应力遮挡效应，与宿主骨良好贴合，减少骨吸收，促进骨-假体界面的快速骨形成和整合。本研究中选用的假体为3D打印的钛合金骨小梁结构15-16，其孔隙率为70%，孔径为320 滋m。应选择应力集中小、有效弹性模量与骨接近的骨小梁结构，以最大程度降低应力遮挡效应。钛合金骨小梁结构的有效弹性模量Eeff的计算公式为Eeff=FR/Amean着0=FR/（1-椎）AC驻L/L0式中，FR为施加到钛合金骨小梁结构上的压缩位移导致的骨小梁结构上的反作用力；着0为压缩应变；Amean为钛合金骨小梁结构在垂直于压缩方向的平面上的平均横截面面积；椎为孔隙率；AC为垂直于压缩方向的全横截面面积（不考虑孔洞）；驻L为钛合金骨小梁结构在压缩方向上的长度变化；L0为钛合金骨小梁结构的初始长度。为了降低应力遮挡效应，选择出合适的骨小梁结构，设计了4种骨小梁结构，如图1所示。将4种骨小梁结构导入有限元软件ABAQUS中，分别对其进行压缩。将骨小梁结构导入有限元软件ABAQUS后，对骨小梁结构划分网格并选择网格类型，钛合金骨小梁有限元模型的网格类型选择10节点四面体单元（C3D10）。之后对钛合金骨小梁结构进行垂直方向0.25%的单轴压缩，保证其应力和应变在弹性区栽澡藻泽蚤泽论著石光辉，张晓光，李烜，等.模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析J.医疗卫生装备，2024，45（1）：25-30.26 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024+1.066伊103+9.770伊102+8.883伊102+7.995伊102+7.108伊102+6.220伊102+5.332伊102+4.445伊102+3.557伊102+2.670伊102+1.782伊102+8.947伊101+7.164伊10-1+1.163伊103+1.066伊103+9.690伊102+8.722伊102+7.754伊102+6.785伊102+5.817伊102+4.849伊102+3.881伊102+2.913伊102+1.945伊102+9.767伊101+8.577伊10-1Mises应力（MPa）（Avg：75%）+5.723伊102+5.247伊102+4.770伊102+4.294伊102+3.817伊102+3.341伊102+2.864伊102+2.388伊102+1.911伊102+1.435伊102+9.584伊101+4.820伊101+5.512伊10-1+1.290伊103+1.183伊103+1.075伊103+9.678伊102+8.603伊102+7.529伊102+6.454伊102+5.380伊102+4.305伊102+3.231伊102+2.156伊102+1.082伊102+6.994伊10-1域。选择孔隙率为70%的钛合金骨小梁结构，对材料属性赋值如下：弹性模量为110 GPa，泊松比为0.3。然后对骨小梁模型施加载荷，固定骨小梁结构一端，对另一端施加0.25%的压缩位移。测出压缩时产生的反作用力FR后，将其代入到有效弹性模量计算公式中，得到不同骨小梁结构的有效弹性模量：圆形骨小梁为34.9GPa，有过渡圆角的圆形骨小梁为48.6GPa，立方体型骨小梁为54.4 GPa，面心立方骨小梁为80 GPa。立方体型骨小梁和面心立方骨小梁的有效弹性模量与股骨相差较大，因此不考虑。圆形骨小梁结构的有效弹性模量比有过渡圆角的圆形骨小梁结构更接近股骨，但圆形骨小梁结构应力集中现象更严重，如图2所示。因此，本研究选择有过渡圆角的圆形骨小梁，孔隙率为70%，孔径为320 滋m，正方形胞元的边长为0.5 mm。2工作原理在植入股骨的过程中，首先将旋入圆筒与固定柱植入股骨中如图3（a）、（b）所示，旋入圆筒通过内部的柔性铰与微动杆固定连接，微动杆下端与骨小梁假体固定连接如图3（c）所示，骨小梁假体与骨髓腔内壁接触。连接杆负责连接固定柱和微动杆，使得微动杆能够绕着柔性铰转动。移动微动杆的上部，可导致微动杆下部连接的骨小梁假体绕柔性铰转动，从而与骨髓腔内壁产生微动。连接杆的上部通过不锈钢固定柱进行固定，而不锈钢固定柱的另一端则牢固地固定在皮质骨上。当动物运动时，其自身载荷会使股骨发生微小变形。由于不锈钢连接杆的弹性模量高于股骨，导致连接杆和股骨变形不同，微动杆绕着柔性铰转动，使得微动杆下方的假体与接触的骨髓腔内膜产生微动，如图3（b）所示。通过调整连接杆的长度和界面间隙，可以控制模拟出的界面微动大小。3有限元分析将在SolidWorks中装配好的骨-骨小梁假体界面微动模型以x_t文件的形式导入有限元软件ABAQUS中，建立有限元模型，模拟动物行走时微动装置的运行情况，验证微动装置的可行性。3.1材料属性本研究中对有限元模型赋予的材料属性参图14种骨小梁结构示意图图24种骨小梁结构应力分布图（a）圆形骨小梁（b）有过渡圆角的圆形骨小梁（c）立方体型骨小梁（d）面心立方骨小梁（c）立方体型骨小梁（d）面心立方骨小梁（b）有过渡圆角的圆形骨小梁（a）圆形骨小梁Mises应力（MPa）（Avg：75%）Mises应力（MPa）（Avg：75%）Mises应力（MPa）（Avg：75%）图3骨-骨小梁假体界面微动模型1.旋入圆筒；2.柔性铰；3.连接杆；4.固定柱；5.股骨；6.微动杆；7.骨小梁假体。（a）微动模型整体图12345676127（b）微动模型剖视图（c）微动模型局部放大图栽澡藻泽蚤泽论著石光辉，张晓光，李烜，等.模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析J.医疗卫生装备，2024，45（1）：25-30.27 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024图45种不同的微动装置照Senalp等17的研究：316L医用不锈钢弹性模量为200 000 MPa，泊松比为0.35；钛合金弹性模量为110 000 MPa，泊松比为0.3；皮质骨弹性模量为20 000 MPa，泊松比为0.3。3.2载荷和边界条件为模拟出现实中股骨与骨小梁假体的接触状态，磨平股骨中与骨小梁假体接触的部分，使股骨与骨小梁假体完全接触，然后固定股骨一端，向股骨另一端施加轴向位移载荷。由于动物站立时股骨应变约为1 000 滋着，剧烈运动时股骨应变可达到2 0003 000 滋着18，对股骨施加位移载荷，使股骨应变达到1 000、1 500、2 000、2 500、3 000 滋着，研究微动随股骨应变的变化情况。骨小梁假体与股骨之间的微动U通过U=U1-U2计算，其中U1为骨小梁假体底部节点沿股骨轴向的位移，U2为股骨上距离假体上选择的节点最近的节点沿股骨轴向的位移。3.3不同因素对微动的影响3.3.1柔性铰的位置对微动的影响柔性铰的位置会对假体与股骨界面微动产生影响，因此本文设计了5种柔性铰位置不同的微动装置，如图4所示，即保持微动杆的长度不变，将柔性铰上方的杆长与下方的杆长的比例分别设置为4颐10、5颐9、6颐8、7颐7、8颐6。将微动装置导入ABAQUS软件中进行有限元仿真，骨小梁假体与股骨的间隙分别设置为0 滋m和100 滋m。3.3.2骨与假体之间的间隙对微动的影响骨与假体之间存在不同的接触界面和间隙界面，不同的界面之间间隙不同，由于骨小梁假体与股骨之间的间隙会影响界面微动，本文选用0、20、40、60、80、100 滋m的间隙分别进行有限元分析，研究间隙对骨与假体之间微动的影响。3.3.3不锈钢连接杆的长度对微动的影响不锈钢连接杆的长度不同，相同的股骨应变下固定与旋入圆筒之间股骨的长度不同，因此股骨的被压缩量不同，骨小梁假体与股骨之间的微动也不同。本文设计了长度为50、70、90、110、130、150 mm的连接杆，探究不同长度的不锈钢连接杆对微动的影响，并对不同长度的不锈钢连接杆进行间隙为0 滋m的有限元仿真。4结果4.1柔性铰的位置对微动的影响图5（a）显示了间隙为0滋m、股骨应变为2000滋着时微动装置沿股骨轴向的位移分布，可以看出旋入圆筒和柔性铰的微动基本相同。根据图5（b）微动杆的位移变化图可以看出，距离微动杆顶端越远，位移越小。当股骨被压缩时，微动装置整体产生正向的位移，骨小梁假体绕柔性铰转动，因此骨小梁假体的最小位移甚至为负位移。当骨小梁假体与股骨之间的间隙分别为0 滋m和100 滋m时，微动随股骨应变的变化如图6所示，可以看出，微动随着股骨应变的增大而增大，股骨应变相同时，从装置1到装置5微动依次减小；相同股骨应变和装置下，间隙为0 滋m产生的微动要小于间隙为100 滋m产生的微动。4.2骨与假体之间的间隙对微动的影响图7（a）显示了装置1在不同的骨小梁假体与股骨之间的间隙下股骨轴向的位移分布，间隙逸20 滋m时微动装置的位移分布大致相同。由图7（b）可以看出，骨小梁假体与股骨之间的间隙为0 滋m时，骨小梁假体的位移明显小于其间隙的位移；骨小梁假体与股骨之间的间隙为20100 滋m时，骨小梁假体与股骨之间的微动变化大致相同。间隙为0 滋m时，骨小梁假体与股骨之间微动的趋势与其他间隙产生的微动相似，但骨小梁假体与股骨之间的微动比其他（a）装置1（b）装置2（c）装置3（d）装置4（e）装置5注：装置1装置5上方的杆长与下方的杆长比例分别为4颐10、5颐9、6颐8、7颐7、8颐6。（a）5种装置位移图（b）微动杆位移变化图图5间隙为0 滋m尧股骨应变为2 000 滋着时微动装置的位移图及微动杆位移变化图0.1540.1400.1200.1000.0800.0600.0400.0200.000-0.020-0.040-0.063U2（mm）-0.06-0.02 0 0.020.060.100.14位移/mm02468101214装置1装置2装置3装置4装置5U2（mm）0.1540.1400.1200.1000.0800.0600.0400.0200.000-0.020-0.040-0.063注：装置1装置5上方的杆长与下方的杆长比例分别为4颐10、5颐9、6颐8、7颐7、8颐6。栽澡藻泽蚤泽论著石光辉，张晓光，李烜，等.模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析J.医疗卫生装备，2024，45（1）：25-30.28 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024间隙产生的微动小。4.3不锈钢连接杆的长度对微动的影响假体与股骨的间隙为0滋m、股骨应变为2000滋着、连接杆长度为50 mm时微动装置的微动分布如图8（a）所示，骨小梁假体微动分布的局部放大图如图8（b）所示。不锈钢连接杆的长度会对微动产生影响，微动随不锈钢连接杆长度的变化如图8（c）所示，骨小梁假体与股骨之间的微动会随着不锈钢连接杆长度的增大而增大。5讨论与结语人们普遍认为假体与股骨之间的微动过大会抑制骨整合，微动超过50150 滋m时假体与股骨之间会产生结缔组织，最终导致骨整合失败19。对于微动为50150 滋m是否会对骨整合产生不利影响，研究者的意见并不一致6，20-21。因此，需要研制模拟假体界面微动的动物实验装置。本文选择的4种骨小梁结构中圆形骨小梁的弹性模量虽然比有过渡圆角的圆形骨小梁更接近股骨，但是圆形骨小梁的应力集中现象更严重，因此本文设计的微动装置选择了有过渡圆角的圆形骨小梁结构。本文选择的柔性铰的位置可以模拟出50150 滋m的界面微动，相同股骨应变下间隙为0 滋m时产生的微动小于间隙为100 滋m时产生的微动，如图6（a）、（b）所示，原因在于间隙为0 滋m时股骨与骨小梁假体之间产生微动时会引起干涉和摩擦，摩（a）间隙为0 滋m（b）间隙为100 滋m图6假体与股骨之间的微动随股骨应变的变化18016014012010080604020005001 0001 5002 0002 5003 000股骨应变/滋着装置1装置2装置3装置4装置5装置1装置2装置3装置4装置505001 0001 5002 0002 5003 000股骨应变/滋着200150100500（a）骨小梁假体位移分布图（b）位移随股骨应变的变化图7装置1在不同间隙下的位移及随股骨应变的变化0 滋m20 滋m40 滋m60 滋m80 滋m100 滋m05001 0001 5002 0002 5003 000股骨应变/滋着2001501005000.1460.1270.1070.0880.0680.0490.0290.010-0.009-0.029-0.048-0.068-0.0870.1460.1270.1070.0880.0680.0490.0300.010-0.009-0.029-0.048-0.068-0.0870.1470.1270.1080.0880.0690.0490.0290.010-0.010-0.029-0.049-0.068-0.0880 滋m20 滋m60 滋m80 滋m100 滋m0.1470.1290.1120.0940.0770.0590.0420.0250.007-0.010-0.028-0.045-0.0620.1460.1260.1070.0880.0680.0490.0300.010-0.009-0.029-0.048-0.067-0.0870.1460.1260.1070.0880.0680.0490.0300.010-0.009-0.028-0.048-0.067-0.08640 滋mU2（mm）U2（mm）U2（mm）U2（mm）U2（mm）U2（mm）注：装置1装置5上方的杆长与下方的杆长比例分别为4颐10、5颐9、6颐8、7颐7、8颐6。（a）微动分布图图8微动装置的微动分布及不同长度连接杆的微动随股骨应变的变化350300250200150100500-500500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000股骨应变/滋着50 滋m70 滋m90 滋m110 滋m130 滋m150 滋m（c）不同长度连接杆的微动随股骨应变的变化（b）（a）中箭头所示微动分布局部放大图0.117 mmU2（mm）0.2000.1550.1110.0660.021-0.024-0.068栽澡藻泽蚤泽论著石光辉，张晓光，李烜，等.模拟骨小梁假体界面微动的实验装置设计与有限元分析J.医疗卫生装备，2024，45（1）：25-30.29 窑医疗卫生装备窑 2024年1月第45卷第1期悦澡蚤灶藻泽藻 酝藻凿蚤糟葬造 耘择怎蚤责皂藻灶贼 允燥怎则灶葬造 窑 灾燥造援 45 窑 晕燥援 1 窑 January 窑 2024擦力会阻碍骨小梁假体与股骨之间的微动。假体与股骨之间不发生干涉时间隙对假体与股骨的微动没有影响，如图7（b）所示；假体与股骨发生干涉时，间隙的大小会影响干涉的程度，不同的干涉程度对微动会产生不同的影响。因此，还需研究假体与股骨之间干涉程度不同时间隙对微动产生的影响。而本文研制的微动装置的特点在于可以通过调整假体与股骨之间的间隙来模拟不同界面下的微动，研究人员可根据需要选择不同的不锈钢连接杆来调整动物运动时假体界面的微动程度。本文设计的微动装置与Zhang等3、Han等4设计的微动装置相比，不需要体外的加载装置来进行加载，通过动物自身运动产生骨与假体之间的微动，更符合真实情况；同时避免了Swider等6设计的微动装置存在的微小旋转和摇摆运动问题，在动物体内稳定性高，可以通过改变骨小梁假体与股骨的间隙以及连接杆长度来调整骨小梁假体界面微动。本装置存在的不足之处：由于旋入圆筒和固定柱周围会发生骨吸收现象，导致装置松动，本装置仅适合应用于假体植入的早期。因此下一步的研究需要考虑优化结构来降低骨吸收程度。综上所述，本文设计的模拟骨小梁假体界面微动的实验装置能够模拟不同界面产生的微动，可以调整微动范围，在骨-假体界面处产生50150 滋m的微动。参考文献1KUNCICKA L，KOCICH R，LOWE T C.Advances in metalsand alloys for joint replacementJ.Prog Mater Sci，2017，88：232-280.2MATHIS D T，HIRSCHMANN M T.Why do knees after totalknee arthroplasty fail in different parts of the world？J.J Or-thop，2020，31（23）：52-59.3ZHANG X，VANDAMME K，TORCASIO A，et al.In vivoassessment of the effect of controlled high-and low-frequencymechanical loading on peri-implant bone healingJ.J R SocInterface，2012，9（72）：1 697-1 704.4HAN J，HOU J，ZHOU G，et 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