目的總結3-D打印技術在關節外科的應用現狀并展望未來發展方向。 方法檢索近年國內外3-D打印技術在關節外科修復重建領域中應用的相關文獻，并進行綜合分析。 結果在臨床應用方面，3-D打印技術可為患者“量身定制”高精度的手術方案和植入體，提高復雜手術的成功率，使手術更精準、安全；在基礎研究方面，3-D打印技術制作的組織工程支架不僅具有與缺損組織相匹配的解剖外形，同時也具有滿足細胞黏附、增殖的內部空間結構，甚至可將活細胞作為打印材料，一同被打印出來。 結論隨著影像學、數字化醫學和新材料技術的快速發展，3-D打印技術在關節外科將會得到更廣泛應用。
牙頜模型作為口頜系統與咀嚼機器人系統的代表性部件，其建模方式是影響此類多體系統動力學模型準確度的重要因素。本文以咀嚼機器人右側第一磨牙為研究對象，提出一種由 V 型面與球面構成的點接觸高副等效建模方式。首先，利用有限單元法對原始模型的 3 種靜態接觸工況（咬入接觸、正中接觸、咬出接觸）與動態咀嚼工況進行咬合動力學分析，得到期望咬合力；其次，運用赫茲接觸模型建立點接觸高副等效模型靜態接觸工況的咬合力解析式，根據期望咬合力對解析式內法向量與咬合剛度等參數進行等效設計；最后，對等效模型在靜態接觸與動態咀嚼工況中的咬合力表現進行評價。本文結果表明，等效模型能夠實現靜態接觸工況 8 項期望咬合力的等效，同時對動態咀嚼工況初期與末期咬合力變化吻合良好，中期引入一定程度的沖擊，但可通過后續軌跡規劃進行弱化。本文所提出的牙頜模型等效建模方案，進一步提升了多體系統動力學模型準確性，也為人體其他復雜接觸的動力學建模提供了新思路。
義齒應力分布數據是評價義齒工藝參數合理性的重要判據，而源于對頜牙的咬合力是計算該數據的關鍵載荷條件。為了盡可能地提高義齒應力分布數據的準確性，本文以正中咬合下的下頜第一磨牙全瓷冠為研究對象，采用一種能夠反映咬合實際狀況的咬合力加載方式。首先對標準牙頜模型中下頜第一磨牙咬合面形貌進行光柵掃描與三維重建，同時根據預備體制備工藝進行結合面的曲面造型，并運算得到義齒與預備體幾何模型；其次，借助咬合動力學分析軟件（OFA）函數庫開發參數化的咬合分析程序，并使用遺傳算法對正中頜位進行優化；最后，基于咬合優化結果設計網格模型優化工況，同時以尖窩接觸特征設計參考工況，將以上數據均導入有限元分析軟件 Abaqus 中進行應力分布的對比分析。本文研究結果表明，遺傳算法適用于咬合優化問題的解決；相較于參考工況，咬合優化后的義齒具有更小的應力最大值和更均勻的應力分布特征。基于以上研究結果證明，本文所提出的正中咬合優化方法能夠進一步提升義齒在有限元模型中的受力準確性，也為人體其他關節的受力分析提供了新思路。
咀嚼機器人在義齒材料測試和下頜康復訓練領域具有廣闊的應用前景，而顳下頜關節的機構型式是影響咀嚼機器人性能表現的重要因素。鑒于目前彈性元件已在仿生機器人領域得到廣泛應用，因此本文在點接觸高副的基礎上采用彈性元件模擬顳下頜關節內關節盤緩沖振蕩的生物力學特點，形成彈性顳下頜關節機構型式；然后，本文探討了彈性顳下頜關節對咀嚼機器人在自由度、運動學與動力學等方面的影響，根據關節面幾何約束對顳下頜關節的位置與速度進行運動學分析，并進行基于拉格朗日方程的動力學分析；最后，使用響應面法對彈性元件預載荷以及剛度取值的影響進行分析。本文結果表明，彈性顳下頜關節能夠有效保證關節的靈活運動與穩定受力。綜上，本文所提出的彈性顳下頜關節機構方案進一步提升了咀嚼機器人仿生性，也為粘彈性關節盤的仿生設計提供了新思路。