骨重建及骨干橫截面生長仿真分析.pdf

1、骨代謝是一個復(fù)雜的過程，從出生到骨發(fā)育停止，一直進(jìn)行著骨的生長和塑建，骨成熟以后又不斷進(jìn)行著骨重建。力學(xué)因素參與了整個過程，通過骨吸收與骨形成的相互作用來調(diào)整骨的形狀、大小及有機(jī)組成，使得骨骼結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不斷變化的力學(xué)環(huán)境。骨形成和骨吸收兩者之間的轉(zhuǎn)換紊亂或異常會引起骨疾病，比如骨質(zhì)疏松癥、骨畸形等等，為了對這些疾病的預(yù)防和治療手段有更好的理解和提供一定的理論依據(jù)，有限元技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，進(jìn)行骨重建及橫截面生長過程的數(shù)值模擬有

2、著重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。
　　本課題在骨再造理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合骨生長生理調(diào)控機(jī)制，選擇Wistar鼠股骨近端作為研究對象，進(jìn)行了骨重建的仿真分析，并根據(jù)股骨所承受載荷與時間的關(guān)系，模擬出整個生長期中骨干橫截面的直徑變化。使用Micro-CT掃描股骨近端，獲取斷層圖像數(shù)據(jù)，利用MIMICS軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，構(gòu)造出均勻的面網(wǎng)格模型，導(dǎo)入有限元軟件ANSYS建立出有限元模型，然后利用CT值與骨密度、彈性模量之間的關(guān)系式，得到接近

3、真實的材料屬性，賦予到有限元模型的每個單元中。使用APDL語言編制程序?qū)崿F(xiàn)骨重建算法，為了更加接近骨生理機(jī)理，考慮了骨細(xì)胞與反應(yīng)細(xì)胞之間的相互影響，經(jīng)過迭代計算得到三維股骨近端表面密度分布。另外，假設(shè)骨干橫截面的初始外形，根據(jù)載荷與時間之間關(guān)系圖進(jìn)行有限元分析，計算出一個時間增量后骨橫截面中每個單元的力學(xué)激勵，利用力學(xué)激勵與骨重建率和吸收率之間的關(guān)系，計算出橫截面新的外形，循環(huán)以上過程，直到預(yù)定時間停止迭代，可以模擬出骨干橫截面的生長過