黃骨髓對骨質(zhì)疏松生物力學(xué)特性影響的仿真研究.pdf

1、骨質(zhì)疏松是一種以骨量減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化為特征的代謝性疾病。骨質(zhì)疏松已經(jīng)成為嚴(yán)重危害人類健康的疾病之一，因骨質(zhì)疏松造成的骨折為國家?guī)砹司薮蟮呢斦c社會負(fù)擔(dān)。骨質(zhì)疏松患者因其骨強(qiáng)度的降低會伴有高概率的脆性骨折的風(fēng)險，因而研究骨的力學(xué)性質(zhì)對于研究骨質(zhì)疏松疾病有著重要的意義。傳統(tǒng)的針對骨力學(xué)性質(zhì)的研究集中在骨組織的皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨部分，忽略了填充在髓腔中的骨髓，有證據(jù)表明骨質(zhì)疏松患者骨髓含量增多且伴有明顯的骨髓脂肪化傾向，因此本課題將探究黃

2、骨髓對骨機(jī)械性能的作用對骨質(zhì)疏松患者骨強(qiáng)度機(jī)制的影響。鑒于活體骨微觀結(jié)構(gòu)的不可觀察性及生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的不可重復(fù)性，本課題采用有限元仿真分析的方法進(jìn)行研究。
　　本課題旨在研究黃骨髓對骨生物力學(xué)性質(zhì)的作用導(dǎo)致骨質(zhì)疏松患者骨強(qiáng)度機(jī)制的變化，課題將基于椎骨QCT（Quantitative Computer Tomography）圖像建立骨的真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的三維模型。通過將填充在髓腔內(nèi)的骨髓質(zhì)簡化為黃骨髓，本文將采用固-固耦合的方法構(gòu)建兩種不

3、同的有限元網(wǎng)格模型：純骨小梁模型與填充黃骨髓的骨小梁模型，并基于非線性力學(xué)的物理場實(shí)現(xiàn)了骨的破壞性壓縮仿真試驗(yàn)。一方面，通過比較兩種模型的仿真結(jié)果，本課題發(fā)現(xiàn)黃骨髓的存在增加了骨小梁的體積強(qiáng)度，減輕了骨小梁的形變程度，平衡了骨小梁的應(yīng)力分布，減少骨小梁發(fā)生斷裂的風(fēng)險；另一方面，通過改變實(shí)驗(yàn)樣本的材料屬性與骨體積比，本課題還探究了可能影響黃骨髓作用的因素，發(fā)現(xiàn)在擁有較低體積比與較低彈性模量的樣本中，黃骨髓對骨強(qiáng)度的提升作用更加明顯。結(jié)合骨