目前,严重的髋关节疾病尤其是骨关节炎以晚期干预即全髋关节置换来应对。然而,当前使用的球面假体关节面磨损较严重,使用寿命有待提高。髋关节关节面上合理的应力分布,能够为髋关节软骨创造良好的应力环境,有效减缓关节软骨退变的发生。在临床实践中,骨科医生仍普遍沿用髋关节关节面是简单球面耦合的解剖学认识,指导髋关节疾病的诊断与治疗。鉴于髋关节关节面解剖形态与耦合结构的重要性,迄今为止已有多位学者从解剖测量和实验以及生物力学角度对髋关节关节面进行研究。但以往研究多为静力学研究,然而人类日常生活中负载以及关节面的严重磨损主要发生在动态活动中。对静力模型的分析在一定程度上能提示待求解问题的结果,但是并不能准确描述实际工况或充分阐释所建模型在实际情况下的生物力学机制。为了更加准确地描述人体在步行时髋关节关节面对其生物力学性能的影响,本文建立了髋关节关节面三维动态生物力学研究的有限元分析方法,即采用步态分析与有限元建模分析相结合的方法,研究了自然髋关节关节面、以及自然髋关节关节面被球面和旋转椭球面替换后的生物力学性能,为更全面地了解自然髋关节关节面的生物力学性能提供重要基础,为人工髋关节假体优化形态的设计提供新思路。本文首先基于正常志愿者的髋关节序列CT图像,建立了自然髋关节的三维几何模型。在该研究中,首先将扫描得到的CT图像导入MIMICS中通过阈值分割、区域生长和手工空洞填补等一系列处理,建立髋关节三维有限元模型(Finite Element Model,FEM),选取一个完整步态过程中的十个时刻点,参考Bergmann实验数据确定每个状态下的解剖位置和载荷并施加对应的边界条件,分析并研究其在步态周期中髋关节关节面上的应力分布情况。其次,根据现有自然髋关节模型,对关节面分别进行球面和旋转椭球面置换,对比三种不同关节面解剖形态在一个步态周期下的生物力学性能差异,找到更符合人体髋关节关节面解剖形态特征的曲面表示,从而为髋关节开发新一代形态仿生型的人工髋关节提供理论指导。研究结果表明:首先,在三种关节表面形态下,一个步态周期中关节面上的应力峰值趋势相同,且均与载荷一致。其次,总体来讲,在一个步态周期中自然髋关节关节面上的应力值最小,旋转椭球面次之,球面最大。研究结果为临床髋关节关节面假体提供一种新的思路,即旋转椭球面形态的关节假体与现有球面形态的关节假体相比能更好地符合人体解剖结构,从而能够增长假体寿命。本论文建立的动态生物力学方法,不仅能够很好地解决髋关节问题,也为科研和临床上的其他生物力学问题的分析提供了思路。