2.1  残肢模型建立情况  下肢残肢的骨骼可分为密质骨和松质骨，膝关节部分有软骨、半月板等，软组织成分复杂，想要把各组织具体分割的过程较为困难。试验目的是分析残肢-接受腔的应力分布，如果将其全部建模，会造成有限元计算量过大，计算结果难以收敛，所以经过综合考虑需要对小腿残肢内部结构进行简化。将皮肤、脂肪、肌肉视作为软组织整体建模，并对胫骨，股骨进行建模。Mimics医学图像处理得到的残肢模型见图3。"

       Geomagic修正和优化后构造格栅结果和拟合得到的NURBS曲面见图4，将股骨、胫骨、软组织的IGS模型导入UG(Unigraphics NX)缝合，进而得到曲面片封装后的实体，得到的患者1的残肢的曲面模型建见图5，患者2的残肢的曲面模型建见图6。"

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2.2  患者1的R06型接受腔和患者2的接受腔三维模型建立情况  Fusion360的编辑形状功能可以对各个细分的面进行随意的拉伸旋转缩放，从而牵动修整区附近其他细分面变形，所以非常适用于文章的假肢接受腔的设计。修改接受腔的某一处的曲面形状，会带动附近区域一起发生变形，并且可以光顺过渡面。患者1的R06型接受腔和患者的接受腔的模型见图7。"

2.3  患者1穿戴三种接受腔时残肢表面应力有限元分析  2.3.1  患者1穿戴未修型接受腔残肢表面应力有限元分析未修型接受腔的残肢表面接触正应力分布情况如图8所示。髌韧带区域出现应力集中现象，最大接触应力为355 kPa。胫骨脊、胫骨内侧区域应力应力较高。此外，残肢末端前沿处应力也相对较高。但是依据残肢解剖学，胫骨脊为压力敏感部位，此处软组织层很薄，比其他区域更容易产生疼痛，故此区域不适合受力。因此，残肢与未修型接受腔的界面应力分布不符合残肢的生物力学要求，必须对接受腔进行修型，将应力主要分布在可以承重的区域，而在应力敏感区尽量通过修型以减少应力的分布[24-25]。 "

2.3.2 患者1穿戴R06型接受腔残肢表面应力有限元分析 将R06型接受腔与残肢进行有限元分析得到残肢表面接触正应力分布云图，见图9。"

由应力分布云图可以看出，接受腔修型后，残肢底端前缘和胫骨脊区域的应力集中现象大幅减缓，髌韧带、腘窝和胫骨内外侧应力分别达到297，226，106及108 kPa。胫骨内外侧受力分布相对于未经修型的接受腔更加均匀合理，但是应力值较高。后侧腘窝处应力值相对于未经修型的接受腔大幅上升，但由于R06型接受腔的腘窝处修型量过大导致此处应力过高。 2.3.3  根据有限元结果反馈指导设计得到R08型接受腔 经修型后的R06模型接受腔，受力分布相对于未经修型接受腔有明显改善，但是部分区域仍需进一步修型。由应力分布结果可知，胫骨脊、腓骨头、腘窝处区域需要压力释放，且释放幅度应较大。胫骨内外侧需进行小幅度的压力释放，据此修型得到R08型接受腔。  2.3.4  患者1穿戴R08型接受腔残肢表面应力有限元分析将进一步修型得到的R08型接受腔与残肢的界面应力进行有限元分析，结果如图10所示。 "

由图10可以看出，残肢表面应力主要分布在髌韧带、胫骨内外侧、腘窝等适合承重的区域，应力峰值分别为183，82，96及175 kPa。其中髌韧带(PT)处的应力最大。胫骨脊和腓骨头处的压力敏感区应力非常小。胫骨内外侧的软组织层较厚，可以承受一定程度的压力。 2.3.5  患者1穿戴R08型接受腔后残肢表面的位移  当患者承受体质量时，截断的骨头被推向接受腔。下面的软组织被压缩，较远处的软组织被向上推向膝盖。残肢穿戴R08型接受腔后表面的位移如图11所示。软组织相对接受腔的滑动在膝关节附近达到峰值5.8 mm。不同残肢的肌肉紧实程度决定滑移量大小，残肢肌肉越紧实滑移量越小，一般5-10 mm属于正常范围。故滑移量峰值5.8 mm符合实际接受腔穿戴情况。 "

2.3.6  患者1穿戴R08型和R06型接受腔残肢的面应力分布对比  由图12可以看出对接受腔修型可以改变压力的分布，残肢远端和胫骨脊区域的压力比未修型的接受腔有明显的下降，修型可以使残肢表面应力分布更均匀。"

2.4  两例患者的接受腔评估  残肢-接受腔之间的压力值是评估接受腔质量的参数，压力值不能超过疼痛阈值。根据残肢生物力学，残肢不同区域的抗压能力有所差异。ZHANG等[25]通过压痕试验得到小腿残肢软组织各区域疼痛阈值。将2例患者残肢表面各区域的应力值与疼痛阈值进行对比，见表3，结果表明，此2例患者的残肢软组织各区域应力值均低于疼痛阈值。通过逆正向结合建模的方法设计的两例患者的接受腔均符合要求。"

2.5  采用超弹性材料对两2例患者穿戴接受腔时界面应力的影响  对2例患者分别建立了线弹性材料的模型，以相同于超弹性模型分析步骤对线弹性模型进行分析，并与参考文献[26]中的应力值对比，见图13。结果显示，将2例患者的残肢软组织定义为超弹性材料时，与文献[26]中的应力分布区域及应力值相似，并且与软组织被定义为线弹性材料时，残肢表面接触正应力的分布区域基本相似。结果表明，线弹性应力计算结果比超弹性大了2倍多。选用Mooney-Revlin超弹性模型定义软组织的材料特性，应力分析结果更准确，可以更好的模拟软组织的非线性特点。"

2.6  3D打印接受腔与传统制作接受腔实验测试对比结果对患者1的R08型接受腔和患者2接受腔的悬吊部位结构进行优化设计，并通过快速成型机打印出来。优化后的患者1的R08型接受腔模型见图14A，通过3D打印制造的R08型接受腔见图14B。"

       使用步态分析仪测量患者行走时足与地面作用力及步行动力学，见图15。"

       分别对2例患者穿戴传统手工制作和3D打印制作的两种假肢的适配性、稳定性及步行动力学进行测试，结果如表4所示。患者1穿戴3D打印接受腔比手工制作接受腔假肢侧承重百分比、步行假肢侧和健侧步线长比均有显著改善，步行对称性提高。患者2穿戴3D打印接受腔比手工制作接受腔假肢侧承重百分比差异不大，但步行假肢侧和健侧步线长比显著改善。经试验测试以及患者试穿后，询问患者的感觉并观察穿戴假肢后残肢皮肤颜色变化，发现2例患者穿戴3D打印接受腔适配性、稳定性良好，步行对称性相比手工制作接受腔均有显著改善，满足残肢生物力学要求。"