通过同时优化多孔结构和植入角度，验证机械性能提升
反映骨微观结构，展现个性化医疗器械设计的可能性
启明大学（校长 Shin Ilhee）机械工程学教授 Kim Jeongjin 研究团队提出了一项用于患者定制骨组织再生的人工支架设计技术，并在国际权威学术期刊《Expert Systems with Applications》上发表了相关论文。
论文题目为“Optimal design of specific patient porous structure and implantation angle of bone scaffolds in the two-dimensional proximal femur（基于二维近端股骨的患者定制骨支架多孔结构与植入角度最优设计）”。该研究反映了不同患者的骨微观结构和力学特性，被评价为弥补了现有医疗器械设计局限性的成果。
该学术期刊在运筹学与管理科学（Operations Research & Management Science）领域的期刊引证报告（Journal Citation Reports）中位列前 6.1%，属于顶级期刊。（doi.org/10.1016/j.eswa.2025.130784）
人工支架是一种植入受损骨组织部位、用于辅助骨再生的结构。超过临界尺寸的骨缺损无法自然修复，因此必须进行结构性替代。
自体骨和同种异体骨移植由于存在供给限制以及感染、免疫反应等问题，其局限性一直受到指出。
在支架设计方面，也持续被认为有必要进行改进。
如果支架与周围骨组织之间的力学特性不匹配，就会产生过载或欠载，从而可能阻碍愈合。
因此，反映患者个体骨结构的精细化设计需求一直被持续强调。
研究团队基于医学影像数据构建了近端股骨的二维有限元模型，并在实际载荷条件下分析了结构响应行为。
在此基础上，研究团队应用遗传算法，提出了一种同时对支架孔隙尺寸和植入角度进行优化的设计方法。
研究结果显示，根据植入位置的不同，最优孔隙结构和植入角度也随之变化；经过优化的支架在外部载荷下的适应性得到提升。
这表明，患者定制化设计可以切实转化为机械性能的提升。
Kim Jeongjin 教授表示：“患者定制型人工支架的最优设计，是以既有技术难以实现的研究成果”，并称“该研究的意义在于提出了一种能够反映骨微观结构和力学环境的设计技术”。
参与研究的博士课程学生 Choi Junwon 称：“反映患者个体特征的设计可以弥补既有单一化支架设计的局限”，“今后有望扩展到基于三维的精密医疗器械设计”。
本次研究中，博士课程学生 Choi Junwon 担任第一作者，教授 Kim Jeongjin 担任通讯作者。
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该研究由韩国研究财团支持的科学技术信息通信部优秀青年研究项目资助完成。
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