摘要:目的 研究分别植入径向和轴向功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)踝关节假体后,胫骨假体与胫骨远端松质骨的力学响应。方法 使用三种功能梯度材料,钛合金-生物活性玻璃复合功能梯度材料(FGM-I)、钛合金-理想骨弹性材料复合功能梯度材料(FGM-II)和一种钛合金-羟基磷灰石复合功能梯度材料(FGM-Ⅲ)。建立全踝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件Abaqus基于Fortran进行二次开发,通过改变体积分数,在轴向和径向上调整所建功能梯度胫骨假体的力学特性。分析FGM轴向胫骨假体和径向胫骨假体植入后,在站立位工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布。结果 与钛合金胫骨假体相比三种FGM均可有效减小胫骨假体上的应力集中,其中FGM-Ⅲ胫骨假体总体效果优于FGM-I和FGM-II胫骨假体,且相对于轴向分布来说,FGM沿径向分布可以有效降低假体的最大Von Mises应力。对于胫骨松质骨来说,3种FGM径向胫骨假体和FGM-Ⅲ轴向胫骨假体均能有效增加其远端应力,从而减轻松质骨上的应力遮挡,其中 FGM-Ⅲ径向胫骨假体最为有效地改善了松质骨上的应力水平。结论 FGM踝关节假体可减小应力遮挡效应并延长假体寿命,具有潜在的应用前景。