爱尔兰都柏林大学全奖博士项目招生中！

今天，我们为大家解析的是爱尔兰都柏林大学的博士研究项目。

“Biomechanical analysis of additively manufactured interbody fusion devices”

学校及院系介绍

学校概况:

爱尔兰都柏林大学(University College Dublin)是爱尔兰最大的综合性研究型大学,位于爱尔兰首都都柏林。该校成立于1854年,是爱尔兰顶尖学府之一,在世界大学排名中位列前200名。学校设有多个学院,涵盖文理工商等多个学科领域,现有约33,000名学生,其中包括约8,000名国际学生。

院系介绍:

本项目由都柏林大学机械与材料工程学院开展。该学院是爱尔兰领先的工程教育和研究机构之一,拥有一流的实验设备和科研平台。学院共有约80名教职员工,其中包括多位在工程领域享有盛誉的教授。

学院设有多个研究中心,包括I-FORM先进制造研究中心。I-FORM中心由爱尔兰科学基金会(SFI)资助,汇集了全国7所研究机构的专家,致力于材料科学、工程、数据分析和认知计算等领域的前沿研究。

项目专业介绍

本次招生专业为生物力学分析,主要研究方向是增材制造椎间融合装置(脊柱cage)的生物力学分析。该专业旨在培养具备先进制造技术、生物医学工程和力学分析能力的复合型人才。

培养目标:

掌握增材制造技术在医疗器械领域的应用
深入理解脊柱生物力学和椎间融合装置的工作原理
具备有限元分析和力学实验验证的能力
能够进行患者特异性脊柱cage的设计与优化

就业前景: 毕业生可在医疗器械公司、生物工程研究所、骨科医院等机构从事研发工作,也可继续深造从事学术研究。随着人口老龄化和脊柱疾病患者增多,该领域人才需求旺盛,就业前景广阔。

申请要求

1.学历要求 申请人必须具备机械工程、生物医学工程或相关专业的学士或硕士学位。

2.专业背景

具有扎实的工程力学基础
熟悉有限元分析方法
了解增材制造技术原理
具备基本的生物医学工程知识

3.技能要求

良好的有限元分析软件使用能力(如ANSYS、ABAQUS等)
具备力学实验设计和数据处理能力
熟悉CAD软件操作
具有科研论文写作经验者优先

4.语言要求 申请人需具备良好的英语听说读写能力,建议达到雅思6.5分或同等水平。

5.其他要求

对工程研究具有浓厚兴趣和热情
具有独立思考能力和创新精神
良好的团队协作能力
能够承受科研压力,具备较强的抗压能力

项目内容

1.研究背景

椎间融合装置(脊柱cage)是一种植入于两个或多个椎体之间的植入物,旨在促进椎体间的骨生长和融合。然而,cage下沉是椎间融合手术最常见的并发症之一,据统计3年后发生率高达34%。患者特异性脊柱cage(PSSC)通过将植入物的精确几何形状与终板几何形状匹配,有望降低cage下沉的风险。

2.研究目标

本项目旨在通过结合计算机模拟和实验方法,评估患者特异性脊柱cage的生物力学性能。具体目标包括:

建立患者特异性脊柱cage的有限元模型
评估不同lattice结构对应力遮蔽、骨形成和cage下沉风险的影响
通过准生理实验验证所建立的有限元模型
优化患者特异性脊柱cage的设计,提高其生物力学性能

3.研究方法

(1) 计算机模拟

基于CT或MRI图像重建患者特异性脊柱模型
设计并建立不同lattice结构的cage模型
使用有限元方法进行静态和动态力学分析
模拟bone ingrowth过程,评估不同设计对骨生长的影响

(2) 实验验证

利用3D打印技术制作患者特异性脊柱cage样品
设计并搭建准生理实验平台,模拟人体脊柱受力环境
进行力学性能测试,包括压缩、弯曲和扭转试验
对比实验结果与有限元分析结果,验证模型准确性

(3) 优化设计

基于模拟和实验结果,提出改进方案
优化lattice结构参数,如孔隙率、杆件直径等
考虑材料选择对cage性能的影响
进行多目标优化,平衡力学性能、骨生长促进和制造可行性

有话说

项目理解

交叉学科：
本项目是一个典型的交叉学科研究，主要涉及生物力学、生物医学工程、材料科学和计算机模拟等领域。它将增材制造技术与脊柱植入物设计相结合，体现了工程学与医学的深度融合。
研究目标：
项目的核心目标是开发和优化患者特异性脊柱cage（PSSC），以降低cage下沉风险，提高椎间融合手术的成功率。具体包括：

(1)建立PSSC的精确有限元模型；(2)评估不同lattice结构对应力分布和骨生长的影响；

(3)通过实验验证计算模型的准确性；(4)优化PSSC设计，平衡力学性能和生物相容性。
技术手段：
项目采用计算机模拟与实验验证相结合的研究方法。在计算机模拟方面，利用有限元分析进行静态和动态力学分析，并模拟bone ingrowth过程。在实验验证方面，采用3D打印技术制作样品，设计准生理实验平台进行力学性能测试。这种计算-实验结合的方法可以全面评估PSSC的性能。
理论贡献：
本项目将为生物力学和生物医学工程领域贡献新的知识。它有助于深化对脊柱生物力学的理解，特别是在植入物-骨界面相互作用方面。同时，项目将为个性化医疗器械设计提供理论基础，推动精准医疗的发展。
应用价值：
项目具有显著的临床应用价值。优化的PSSC设计有望降低术后并发症发生率，改善患者预后。从产业角度看，研究成果可能转化为新型脊柱cage产品，推动医疗器械产业发展。此外，项目的研究方法和设计理念可能为其他骨科植入物的个性化设计提供参考。

创新思考

前沿方向：
项目可以向以下前沿交叉领域延伸：

(1)智能材料与可控降解植入物研究，探索随时间变化的动态力学性能；

(2)生物3D打印技术，结合细胞和生物因子，促进骨-植入物界面的生物整合；

(3)人工智能辅助设计，利用机器学习优化PSSC的个性化参数
技术手段：
可以采用的新型研究方法包括：

(1)多尺度建模技术，从分子水平到组织水平全面模拟bone ingrowth过程；

(2)原位成像技术，实时观察植入物-骨界面的相互作用；

(3)数字孪生技术，建立虚拟患者模型，实现术前精确预测和规划。
理论框架：
(1)PSSC-骨界面应力分布与骨重塑的耦合模型

(2)考虑患者个体差异的脊柱生物力学参数化模型

(3)整合力学、生物和材料因素的多目标优化理论框架。
应用拓展：
项目的应用可扩展至：

(1)其他脊柱植入物，如椎间盘假体、脊柱固定系统等；

(2)其他负重关节的植入物，如髋关节、膝关节假体；

(3)颅颌面外科重建，如下颌骨、颧骨等个性化植入物。
实践意义：
可以通过以下方式进一步提升项目的实践意义：

(1)开展大规模临床试验，验证PSSC的长期效果；

(2)建立标准化的个性化设计流程，便于临床推广；

(3)开发配套的手术规划软件，提高手术精度和效率。
国际视野：
(1)与国际顶级医疗机构合作，开展多中心临床研究；

(2)参与制定相关国际标准，如个性化植入物的设计和测试标准；

(3)举办国际学术会议或工作坊，促进全球学术交流。
交叉创新：
(1)结合生物信息学，建立患者基因型与最佳PSSC设计参数的关联模型；(2)引入纳米技术，开发具有药物缓释功能的PSSC表面涂层；

(3)整合虚拟现实技术，开发沉浸式手术培训系统。
其他创新点：
(1)探索新型生物相容性材料，如梯度功能材料或形状记忆合金；

(2)开发模块化PSSC设计，实现术中快速定制；

(3)研究PSSC的远程监测技术，实现术后实时评估和干预。