發(fā)布時間：2017-10-11 23:14

  本文關(guān)鍵詞：黃骨髓對骨質(zhì)疏松生物力學(xué)特性影響的仿真研究

  更多相關(guān)文章： 有限元分析 骨質(zhì)疏松 骨強度 骨髓

【摘要】：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社會負擔。骨質(zhì)疏松患者因其骨強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骨髓對骨機械性能的作用對骨質(zhì)疏松患者骨強度機制的影響。鑒于活體骨微觀結(jié)構(gòu)的不可觀察性及生物力學(xué)實驗的不可重復(fù)性,本課題采用有限元仿真分析的方法進行研究。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)疏松患者骨強度機制的變化,課題將基于椎骨QCT(Quantitative Computer Tomography)圖像建立骨的真實微觀結(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)的物理場實現(xiàn)了骨的破壞性壓縮仿真試驗。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,通過改變實驗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,黃骨髓對骨強度的提升作用更加明顯。結(jié)合骨質(zhì)疏松的病理知識,骨質(zhì)疏松患者體內(nèi)黃骨髓比例的增加可以增強其骨強度,彌補一部分因骨量缺失而損失的骨強度,減少了骨折發(fā)生的概率;隨著患者骨質(zhì)疏松程度的加深,黃骨髓的這一作用也因患者骨體積比的下降或骨小梁彈性模量的下降而更加明顯。本文研究表明,骨質(zhì)疏松患者體內(nèi)增加的黃骨髓可以減少骨折的風(fēng)險,本文研究對骨質(zhì)疏松的預(yù)防與診療有著重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：有限元分析 骨質(zhì)疏松 骨強度 骨髓
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R580;R318.01
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題研究的背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)11-14
• 第2章 骨的生物力學(xué)分析方法概述14-27
• 2.1 骨的力學(xué)性質(zhì)分析概述14-17
• 2.1.1 骨的基本解剖學(xué)結(jié)構(gòu)14-15
• 2.1.2 骨的力學(xué)性質(zhì)的概述15-17
• 2.2 非線性固體力學(xué)理論17-21
• 2.2.1 骨的彈性力學(xué)理論17-20
• 2.2.2 骨的彈塑性力學(xué)理論20-21
• 2.3 本課題采用的分析方法21-22
• 2.4 骨生物力學(xué)特性的有限元仿真分析實現(xiàn)22-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于全面生理特征的骨有限元模型27-37
• 3.1 基于CT圖像的骨的有限元網(wǎng)格27-33
• 3.1.1 椎骨CT圖像的預(yù)處理27-29
• 3.1.2 基于Simpleware的椎骨三維重構(gòu)與有限元網(wǎng)格生成29-33
• 3.2 基于損傷理論的骨非線性力學(xué)模型33-34
• 3.3 基于真實物理屬性的骨的材料屬性設(shè)定34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 非線性模型下黃骨髓性能分析37-46
• 4.1 基于COMSOL的非線性力學(xué)仿真實驗37-39
• 4.1.1 實驗對象及樣本材料屬性37-38
• 4.1.2 基于COMSOL的有限元仿真實現(xiàn)38-39
• 4.2 模型有效性及收斂性分析39-42
• 4.3 非線性力學(xué)模型下的黃骨髓性能分析42-45
• 4.3.1 基于應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的黃骨髓性能分析42-43
• 4.3.2 基于應(yīng)變能密度理論的黃骨髓性能分析43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第5章 不同骨結(jié)構(gòu)與骨成分下黃骨髓的性能探究46-58
• 5.1 實驗數(shù)據(jù)來源及實驗設(shè)計46-47
• 5.1.1 實驗數(shù)據(jù)來源46-47
• 5.1.2 實驗設(shè)計47
• 5.2 基于COMSOL的仿真實驗47-52
• 5.2.1 各向同性模型下不同結(jié)構(gòu)的仿真實驗47-50
• 5.2.2 各向異性模型下相同結(jié)構(gòu)的仿真實驗50-51
• 5.2.3 各向異性模型下不同結(jié)構(gòu)的仿真實驗51-52
• 5.3 不同骨結(jié)構(gòu)與骨成分下黃骨髓性能分析52-57
• 5.3.1 各向同性模型下不同結(jié)構(gòu)的黃骨髓性能分析52-53
• 5.3.2 各向異性模型下相同結(jié)構(gòu)的黃骨髓性能分析53-54
• 5.3.3 各向異性模型下不同結(jié)構(gòu)的黃骨髓性能分析54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻60-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果65-67
• 致謝67

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