骨組織內(nèi)的流體流動(dòng)不僅為骨細(xì)胞的生存提供了充足營養(yǎng)供應(yīng)及代謝物排放途徑,也在骨重建過程中起到關(guān)鍵作用.為了更精確地闡明骨內(nèi)液體流動(dòng)的具體形式,這項(xiàng)研究利用骨陷窩-骨細(xì)胞的密度,形態(tài)和方向等參數(shù)來計(jì)算骨單元內(nèi)液體的流動(dòng)行為.首先,計(jì)算出不同形狀和方向的骨陷窩周圍骨小管的數(shù)量及分布情況,其次利用算出的參數(shù)以及骨組織其他微結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來估計(jì)骨組織的滲透率和孔隙率等參數(shù),最后根據(jù)計(jì)算所得的參數(shù)建立骨單元的多孔彈性力學(xué)有限元模型,并分析了在軸向位移載荷作用下骨陷窩形狀和方向?qū)菃卧獌?nèi)液體滲流行為的影響.結(jié)果表明,在所研究的參數(shù)范圍內(nèi)不同骨單元模型的相同區(qū)域上,骨陷窩形狀影響下的骨單元最大壓力和流速比最小的分別增加了86%和18%;骨陷窩方向影響下的最大壓力和流速比最小的分別增加了125%和56%.伸長形骨陷窩對(duì)單個(gè)骨單元局部壓力的影響遠(yuǎn)大于扁平形和圓形骨陷窩.骨陷窩從0°繞x軸旋轉(zhuǎn)到90°過程中壓力是逐漸降低的,且30°,45°和60°的模型對(duì)骨單元內(nèi)局部流速有顯著影響.該模型表示骨陷窩的形狀和方向以及骨小管的三維分布對(duì)骨單元內(nèi)液體壓力和流速幅值及沿不同方向的流動(dòng)差異有顯著的影響.這項(xiàng)研究將有助于精... 

【文章來源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

骨組織分層結(jié)構(gòu)示意圖

其中，nx,ny和nz分別是平行于x,y和z軸穿過CUPC各面的小管數(shù)；Sx,Sy和Sz分別是x,y和z方向上骨陷窩的投影表面積，N是一個(gè)骨陷窩周圍的骨小管總數(shù).如圖2(b)所示，當(dāng)骨陷窩繞x軸偏轉(zhuǎn)θ角時(shí)，骨陷窩在x,y和z軸上的投影面積和骨小管的三維分布同樣可由式(6)求出.1.2 骨陷窩形狀

為了更清晰描述骨陷窩形狀，首先規(guī)定了3個(gè)特征值EV1,EV2和EV3(EV1是長半軸的平方，EV2是中半軸的平方和EV3是短半軸的平方).然后，從顆粒形狀的研究中修改了3種指標(biāo)，平衡度(degree of equancy)(EV3:EV1)，伸長度(degree of elongation)(1–EV2:EV1)和扁平度(flatness)(1–EV3:EV2)[11,30]，以定義形狀的差異程度.如表1所示，取幾組不同形狀的骨陷窩來觀察骨陷窩形狀的差異對(duì)其內(nèi)部液體流動(dòng)的影響.圖3展示了這3種指標(biāo)對(duì)骨陷窩形狀影響的重要性.當(dāng)3個(gè)特征值相等(EV1=EV2=EV3)時(shí)，骨陷窩的形狀即為球形(reference).當(dāng)前兩個(gè)特征值相等，第3個(gè)特征值較小(EV1=EV2>EV3)時(shí)，骨陷窩的形狀呈扁平形(Case 1和Case 2)；第1個(gè)特征值較大，后兩個(gè)特征值相等(EV1>EV2=EV3)時(shí)，骨陷窩的形狀呈伸長形(Case 3和Case 4);3個(gè)特征值都不相同(EV1>EV2>EV3)，形狀偏向取決于伸長度和扁平度的大小(Case 5和Case 6).

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]一種骨小管中液體流動(dòng)產(chǎn)生的流量及切應(yīng)力模型[J]. 武曉剛,于緯倫,王兆偉,王寧寧,岑海鵬,王艷芹,陳維毅.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2016(05)



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