椎間盤組織工程的加載裝置設計及其有限元建模與分析.pdf

1、椎間盤退變或缺損導致的下腰疼及其他脊椎病已經(jīng)對人類的生活和經(jīng)濟造成了嚴重影響。雖然臨床上采用了許多新技術、新方法進行治療,但無法解決根本問題。近年來,隨著組織工程相關新技術的不斷提高,為病變椎間盤在形態(tài)結構與生理功能的再生和修復帶來了新希望。
　　 本課題從椎間盤生物力學的角度入手,根據(jù)椎間盤的運動和受載形式,研制出一種用于椎間盤組織工程培養(yǎng)的雙頻壓縮.扭轉加載裝置。該裝置可提供軸向雙頻壓縮加載及扭轉加載,雙頻壓縮包含低頻高幅和

2、高頻低幅兩個系統(tǒng),其中低頻高幅載荷是電機帶動凸輪實現(xiàn),通過調節(jié)電機的轉速來實現(xiàn)不同頻率的加載；高頻載荷利用壓電陶瓷來實現(xiàn)。扭轉系統(tǒng)是使用步進電機帶動載物臺旋轉,通過調節(jié)步進角控制旋轉角度。該裝置使椎問盤培養(yǎng)物接受類似于體內真實環(huán)境下所承受的軸向壓縮載荷和扭轉應力,有利于培養(yǎng)與活體椎間盤結構.功能相匹配的人工椎間盤組織,為椎間盤生物力學的進一步研究提供了有利條件。
　　 此外,利用三維醫(yī)學圖像處理軟件Mimics和逆向工程軟件Ge

3、magic,構建出52歲健康男性的L3-L4腰椎節(jié)段三維模型,并通過Ansys軟件構建出完整的椎間盤模型,包括軟骨板、纖維、基質、髓核,賦予合理的單元類型和材料屬性。對模型進行靜力學分析,模擬椎間盤正壓、前屈、側彎、扭轉及復合運動等多種工況,分別計算并得出相應載荷下椎間盤各組織的應力值和位移變化。有限元分析的結果,壓力作用下,纖維環(huán)向前膨脹,前方的拉應力最大。屈曲和側彎時,應力主要集中在后部,最大值出現(xiàn)在小關節(jié)棘突上。扭轉時主要的應力出