發(fā)布時間：2021-03-24 23:25

　　骨組織內(nèi)的流體流動不僅為骨細胞的生存提供了充足營養(yǎng)供應及代謝物排放途徑,也在骨重建過程中起到關鍵作用.為了更精確地闡明骨內(nèi)液體流動的具體形式,這項研究利用骨陷窩-骨細胞的密度,形態(tài)和方向等參數(shù)來計算骨單元內(nèi)液體的流動行為.首先,計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構數(shù)據(jù)來估計骨組織的滲透率和孔隙率等參數(shù),最后根據(jù)計算所得的參數(shù)建立骨單元的多孔彈性力學有限元模型,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%.伸長形骨陷窩對單個骨單元局部壓力的影響遠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骨單元內(nèi)液體壓力和流速幅值及沿不同方向的流動差異有顯著的影響.這項研究將有助于精... 

【文章來源】：力學學報. 2020,52(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

骨組織分層結構示意圖

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是一個骨陷窩周圍的骨小管總數(shù).如圖2(b)所示，當骨陷窩繞x軸偏轉(zhuǎn)θ角時，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，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其內(nèi)部液體流動的影響.圖3展示了這3種指標對骨陷窩形狀影響的重要性.當3個特征值相等(EV1=EV2=EV3)時，骨陷窩的形狀即為球形(reference).當前兩個特征值相等，第3個特征值較小(EV1=EV2>EV3)時，骨陷窩的形狀呈扁平形(Case 1和Case 2)；第1個特征值較大，后兩個特征值相等(EV1>EV2=EV3)時，骨陷窩的形狀呈伸長形(Case 3和Case 4);3個特征值都不相同(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】：
期刊論文
[1]An analytical poroelastic model for laboratorial mechanical testing of the articular cartilage（AC）[J]. Xiaogang WU,Kuijun CHEN,Zhaowei WANG,Ningning WANG,Teng ZHAO,Yanan XUE,Yanqin WANG,Weiyi CHEN.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2018(06)
[2]一種力–電協(xié)同驅(qū)動的細胞微流控培養(yǎng)腔理論模型[J]. 王兆偉,武曉剛,陳魁俊,薛雅楠,王寧寧,趙騰,于緯倫,王艷芹,陳維毅.  力學學報. 2018(01)
[3]血管脈動對骨單元內(nèi)液體流動行為的影響[J]. 武曉剛,王寧寧,岑海鵬,王兆偉,于緯倫,陳魁俊,薛雅楠,王艷芹,郭媛,陳維毅.  生物醫(yī)學工程學雜志. 2017(05)
[4]一種骨小管中液體流動產(chǎn)生的流量及切應力模型[J]. 武曉剛,于緯倫,王兆偉,王寧寧,岑海鵬,王艷芹,陳維毅.  力學學報. 2016(05)



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