肿瘤热疗过程中,由于人体组织的复杂性和现有测温方法存在局限和缺陷,要想准确、快速、全面地获得肿瘤及周围组织温度分布存在较大困难。本文运用医学图像处理软件和有限元方法对股骨肿瘤热疗三维温度场进行研究。在结合医学图像处理软件MIMICS,准确建立股骨三维模型后,根据MIMICS提供的灰度值与材料属性的关系,赋予股骨多种材料,使其在几何形状和物理属性都和人体生理股骨接近。然后以传热学和Pennes生物传热方程为理论,设定骨组织热物性参数,给定初始和边界条件,运用有限元分析软件ANSYS模拟股骨肿瘤热疗过程,得出了热疗时股骨三维温度分布的规律。结果表明,股骨组织有较好的阻碍热传递的作用;在股骨冠状面上,离热源中心越近,等温线越密集,温度梯度越大,而且温度等值线成纵椭圆形;在矢状面上,等温线成类圆形,离热源越远,等温线越稀疏,温度梯度越小;在横断面上,等温线以热源为中心成椭圆分布,由内向外温度逐渐降低;股骨温度曲线在三维空间以热源为中心成椭球形分布,离热源越近,温度梯度越大;由于股骨肿瘤热疗时股骨温度场三维空间分布的不对称性,需采用多热源方法才能保证温度场与肿瘤组织的“适形”配合。分析结果对手术前确定布针数量和位置以及加热强度具有重要意义。当股骨肿瘤组织扩散至体积较大或者其他因素造成人体生理髋关节功能失效严重时,需采用髋关节置换术。髋关节置换术现已比较成熟,但是仍存在不足,常需要进一步施行翻修手术。研究表明,不合适的假体材料选择和外形设计会导致手术失败率的增加。而对于材料的选择,考虑其热特性对导致手术失效影响的研究鲜见报道。本文运用有限元方法分别分析髋关节置换后没有热效应和在考虑热效应情况下的各应力分布情况。假设置换后假体、骨水泥、股骨为各向同性且完全结合的同心圆柱体,在CAD软件里建立髋关节置换后模型,导入ANSYS分析软件对假体、骨水泥、股骨赋材料,划分网格,设定边界和初始条件后,以传热学和热弹性力学为理论,运用ANSYS软件的热-应力耦合分析功能,分别求得了钛合金和钴铬合金作为假体材料时考虑热效应前后的假体/骨水泥、骨水泥/股骨随轴向位置分布的界面剪切应力以及假体、骨水泥、股骨的轴向应力。结果表明:界面失效是股骨-假体系统的主要失效形式,热效应的存在,使界面产生了混合而不是纯剪切的失效形式,加快了股骨-假体系统的界面失效,加速了假体柄的松动,由于钴铬合金的热膨胀系数大于钛合金,钴铬合金作为假体材料时更能引起界面失效,更易导致手术失败。因此选择热膨胀系数小的假体材料,可以减小界面失效的可能,提高手术成功率。