骨重建及骨干橫截面生長仿真分析.pdf

1、骨代謝是一個復雜的過程，從出生到骨發(fā)育停止，一直進行著骨的生長和塑建，骨成熟以后又不斷進行著骨重建。力學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、大小及有機組成，使得骨骼結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不斷變化的力學環(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)控機制，選擇Wistar鼠股骨近端作為研究對象，進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軟件進行圖像數(shù)據(jù)處理，構(gòu)造出均勻的面網(wǎng)格模型，導入有限元軟件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理，考慮了骨細胞與反應(yīng)細胞之間的相互影響，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激勵，利用力學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，直到預定時間停止迭代，可以模擬出骨干橫截面的生長過