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

 骨生物力學研究方法

骨生物力學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)雜力學問題離散化的近似解法，在分析不規(guī)則物體的力學特點方面具有優(yōu)越性。用有限元實驗解決骨生物力學的問題，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)計得當能夠增加畸形矯正效果、運動功能性和生物力學穩(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特性，以確保其治療效果、力學穩(wěn)定和經(jīng)濟效益為前提，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。

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

 王金武教授團隊相關(guān)研究進展

近日，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院承擔的科技部重點專項《面向智能設(shè)計/仿真協(xié)同平臺的3D打印醫(yī)療器械標準研究與臨床應(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)療器械力學等效模型》、《TCAMDI 045-2020 3D打印金屬植入物有限元分析方法》，團體標準的發(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、戴尅戎院士團隊進行了大量骨科3D打印定制化醫(yī)療器械研究，團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)療器械標準。