1、骨缺損、粉碎性骨折等骨科疾病嚴重影響了病人的正常生活，通過骨頭自身的恢復機制很難使其復原，因此需要進行外部植入體替換來幫助病人恢復正常水平。為了消除傳統(tǒng)實心植入體帶來的弊端，一種常用的方法是將植入體設計為多孔結構。真實松質骨的結構復雜，具有極大的隨機性，應用于仿真分析尚可，但是實際加工十分困難。傳統(tǒng)的CAD設計方法又無法控制多孔結構的性能，因此如何實現(xiàn)對特定性能的松質骨模型重建具有重要的意義。本論文針對拓撲優(yōu)化技術可以根據設計要求人為地

2、給定目標函數(shù)，并通過設定約束條件求解合理的模型的優(yōu)點，以豬的股骨為研究對象，以松質骨的力學性能作為設計目標，以松質骨的體積分數(shù)作為約束條件，研究拓撲優(yōu)化技術進行多孔結構模型重建的問題，主要內容包括：
　　(1)基于Wolff定律，提出了松質骨的體積分數(shù)分布與其在股骨中所處位置具有相關性的假設?；趫D像的建模方法利用Mimics17.0軟件對松質骨分塊重建，并對每個模型的體積分數(shù)進行計算分析。結果表明松質骨的體積分數(shù)隨著位置的不同而

3、發(fā)生變化，越靠近壓力中心，體積分數(shù)越大。
　　(2)將有限元法與代表體元法相結合借助ANSYS軟件對松質骨模型的力學性能進行分析。結果表明松質骨的力學性能呈各向異性，并且與體積分數(shù)之間存在一定的關系，即主壓力方向的彈性模量隨著體積分數(shù)的增大而增大。
　　(3)以松質骨的體積分數(shù)作為約束條件，以松質骨的各向異性力學性能作為設計目標，提出采用拓撲優(yōu)化技術對松質骨模型進行重建的方法?；谧兠芏确椒ㄒ胍詥卧芏茸鳛樵O計變量的插值函

4、數(shù)，利用均勻化方法對迭代過程中模型的等效性能進行求解。然后利用閾值過濾的方法將優(yōu)化結果在ANSYS中顯示，并根據優(yōu)化結果重建出多孔結構的三維模型。經過數(shù)值實驗分析，模型基本滿足性能上的要求，并且應力分布更加均勻，數(shù)據量大大減小，便于加工和后處理。
　　基于拓撲優(yōu)化技術對多孔結構進行建模的方法，既解決了傳統(tǒng)建模方法的弊端，又結合了基于圖像建模方法的優(yōu)點，對于各向異性松質骨多孔結構的重建有重要的意義，為骨植入物應用于臨床骨疾病治療及康