邵翌鑫，关天民，朱 晔，陈向禹

1)大连交通大学机械工程学院，辽宁大连 116028；2)北华大学机械工程学院，吉林吉林 132021

骨组织是人体重要的组成部分，而骨缺损是外科的常见病，每年骨缺损的患者数量高达数百万，且有递增趋势[1]．修复缺损长度小于1.5倍骨直径的骨缺通常采用自体骨移植术，这会造成二次损伤，而修复缺损长度大于1.5倍骨直径的骨缺损一直是临床修复骨缺损的难题[2-4]．目前，三维(three-dimension, 3D)打印已被认为是最适合生产定制型钛合金植入体的制造技术[5]．尽管钛合金因其优良的生物相容性和化学性能被广泛认为是理想的植入材料，但其弹性模量并不理想．人体皮质骨的压缩模量为3.9～11.7 GPa，松质骨的平均压缩模量为0.2 GPa[6]，而3D打印钛合金植入体的弹性模量最低控制在40 GPa[7]，远高于人体骨，会出现应力遮挡现象，导致骨量丢失和骨结构不良，进而使骨折愈合延迟甚至出现二次骨折的情况，最终导致植入体修复骨缺损失败．该现象是骨重建理论的重要体现，同时印证了Wolff定律和COWIN提出的骨再造理论，即适应性弹性理论[8]．骨组织中的成骨细胞和破骨细胞通过感受力的刺激来控制骨的增生和吸收：当骨受应力为2～4 MPa、应变为0.01～0.02%时，骨组织发生吸收；当骨受应力为20～40 MPa、应变为0.1%～0.2%时，骨组织发生增生；当骨应变大于2.5%时，骨组织发生损伤[9-10]．应力遮挡率η表示应力遮挡的程度，η越大，应力遮挡就会越严重，其表达式为

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其中，σ0为未植入假体时骨骼受到的应力；σ=E·ε为植入假体后骨骼受到的应力，E为弹性模量，ε为应变．当人体骨和植入体的弹性模量一致(η=0)才能彻底消除应力遮挡现象．植入体的弹性模量为