生物力學(xué)（Biomechanics）是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對生物體中的力學(xué)問題定量研究的生物物理學(xué)分支，其研究范圍從生物整體到系統(tǒng)、器官。骨生物力學(xué)作為生物力學(xué)的分支，目前基本上借用工程力學(xué)的理論，對人體主要骨骼，如顱骨、盆骨、股骨、脊椎骨等進(jìn)行靜力學(xué)或動力學(xué)的分析，這些結(jié)果與臨床表現(xiàn)很接近，對于生物醫(yī)學(xué)工程頗具指導(dǎo)意義。

 骨生物力學(xué)研究方法

骨生物力學(xué)的研究方法有很多種，包括尸體實驗、動物實驗、物理實驗、有限元實驗等。然而人體死亡后，生物力學(xué)發(fā)生改變，尸體實驗受到了很大限制；動物模型不能完全替代人體實際情況；物理模型過于復(fù)雜，結(jié)果也不夠直觀。

有限元法是一種將復(fù)雜力學(xué)問題離散化的近似解法，在分析不規(guī)則物體的力學(xué)特點方面具有優(yōu)越性。用有限元實驗解決骨生物力學(xué)的問題，不僅可重復(fù)性高，相對省時省力，而且可以得到各部分的應(yīng)力應(yīng)變云圖，效果直觀。

骨生物力學(xué)實驗分析方法：尸體實驗、物理實驗、有限元實驗（從左至右）

 有限元法在矯形器上的應(yīng)用

矯形器設(shè)計得當(dāng)能夠增加畸形矯正效果、運(yùn)動功能性和生物力學(xué)穩(wěn)定性，有助于提高患者的康復(fù)水平，同時能夠減少康復(fù)期間的并發(fā)癥。矯形器作為一種重新分配、調(diào)整作用于肌肉骨骼系統(tǒng)壓力的機(jī)械裝置，可以通過控制癥狀來改善關(guān)節(jié)功能和增加患者的活動范圍。有限元法應(yīng)用于定制式增材制造矯形器，能夠評估定制式矯形器與患者肌肉骨骼相互作用的生物力學(xué)特性，以確保其治療效果、力學(xué)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益為前提，充分發(fā)揮3D打印難度不受物體復(fù)雜程度影響的優(yōu)勢。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院王金武教授團(tuán)隊使用有限元法評估3D打印頸椎枕的治療效果

 王金武教授團(tuán)隊相關(guān)研究進(jìn)展

近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院承擔(dān)的科技部重點專項《面向智能設(shè)計/仿真協(xié)同平臺的3D打印醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)研究與臨床應(yīng)用》順利結(jié)題，項目構(gòu)建了智能設(shè)計/仿真云平臺系統(tǒng)框架，開發(fā)了醫(yī)工結(jié)合的交互平臺與智能設(shè)計協(xié)同云平臺，搭建了模板庫大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

智能設(shè)計協(xié)同云平臺

增材制造醫(yī)療器械專業(yè)委員會分別于2019、2020年前后發(fā)布《T∕CAMDI 025-2019 定制式醫(yī)療器械力學(xué)等效模型》、《TCAMDI 045-2020 3D打印金屬植入物有限元分析方法》，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布肯定并指導(dǎo)了有限元法在3D打印康復(fù)輔具領(lǐng)域的應(yīng)用，規(guī)范了有限元分析流程。上海九院王金武教授、戴尅戎院士團(tuán)隊進(jìn)行了大量骨科3D打印定制化醫(yī)療器械研究，團(tuán)隊獲得注冊人制度下全國首個3D打印醫(yī)療器械注冊證，參與制定16項定制化醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)。