本文關(guān)鍵詞：陶瓷—金屬復(fù)合人工骨仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：骨組織工程支架是構(gòu)建組織工程活性骨的前提，其結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能決定了大段仿生人工骨的成骨性能。因此支架不僅要具備與所替代部位的骨骼外形相匹配，而且要具備三維貫通的微結(jié)構(gòu)為組織的長(zhǎng)入、再生、營養(yǎng)輸送和代謝提供通道，同時(shí)更要具備足夠的強(qiáng)度去承受宿主組織環(huán)境中的壓力為新長(zhǎng)的組織提供暫時(shí)的力學(xué)支撐，這也是大段仿生人工骨的研究難點(diǎn)。針對(duì)該難點(diǎn)，本文利用不同材料具有的不同的生物性能和力學(xué)性能，提出使用陶瓷材料制備仿生人工骨的微結(jié)構(gòu)，鈦合金材料制備仿生人工骨的輪廓結(jié)構(gòu)，并且利用流體力學(xué)對(duì)仿生人工骨微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化選取，利用力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)仿生人工骨結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)證。同時(shí)采用快速成形技術(shù)制備仿生骨支架負(fù)型，對(duì)仿生骨支架的成形工藝進(jìn)行了初步研究。 對(duì)股骨在復(fù)雜受力下應(yīng)力分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)股骨進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。應(yīng)用Mimics軟件將股骨CT數(shù)據(jù)以DICOM格式導(dǎo)入，生成股骨三維模型，對(duì)模型進(jìn)行面網(wǎng)格劃分、物理材料賦值，應(yīng)用ANSYS軟件實(shí)現(xiàn)三維模型體網(wǎng)格劃分，并根據(jù)股骨骨折機(jī)制，設(shè)置股骨頭傳遞關(guān)節(jié)力的大小和作用點(diǎn)位置，以用來模擬股骨在正�；顒�(dòng)和突發(fā)狀況下的形變和應(yīng)力分布，得出股骨骨折的應(yīng)力特征和應(yīng)力趨勢(shì)。數(shù)值仿真結(jié)果與股骨骨折機(jī)制相符合，為股骨缺損修復(fù)研究提供了基礎(chǔ)。 通過對(duì)假體置換后股骨距受力規(guī)律的研究，建立出六種不同密度的支架結(jié)構(gòu)，并分別對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，選擇可承受最大受力的支架結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)股骨距的尺寸特征，建立適合的支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，與股骨距路徑受力曲線進(jìn)行比較。并以此支架結(jié)構(gòu)建立仿生人工骨支架，通過逐步減小支架密度的方式，達(dá)到與股骨距應(yīng)力趨勢(shì)相符的目的。 在對(duì)自然骨微孔結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，建立了六個(gè)具有三維貫通的正交型微孔道人工骨模型，其中孔徑為400m的支架4個(gè)，孔徑為600m的支架2個(gè)。由Wolff定律可知骨細(xì)胞的增殖與所受的剪切力密切相關(guān)，結(jié)合N-S方程對(duì)本次設(shè)計(jì)的六個(gè)仿生人工骨微結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)劣評(píng)價(jià)，將六種微結(jié)構(gòu)放入相同的流場(chǎng)環(huán)境中分析，將數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并與利于骨細(xì)胞增殖的剪切力范圍對(duì)比，結(jié)果表明仿生骨微結(jié)構(gòu)孔隙率對(duì)于剪切力的影響不大，相反微結(jié)構(gòu)孔徑的大小對(duì)剪切力起主導(dǎo)作用。 在對(duì)人工骨仿生支架負(fù)型制造法研究的基礎(chǔ)上，，建立了兩種帶有微孔道的仿生人工骨支架負(fù)型，即正交型和輪輻型。結(jié)合快速成形技術(shù)建立支架負(fù)型的實(shí)體模型，并向其中填充生物材料，燒結(jié)后得到具有生物活性的人工骨支架。對(duì)不同填充法和不同處理方式下，人工骨支架的燒結(jié)效果進(jìn)行分析討論，得出支架燒結(jié)后碎裂的原因，對(duì)仿生人工骨支架的成型工藝進(jìn)行了初步研究。
【關(guān)鍵詞】：仿生人工骨 股骨數(shù)值分析 支架結(jié)構(gòu) 微結(jié)構(gòu) 成型工藝
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景及課題意義9-10
• 1.2 仿生人工骨的發(fā)展10-17
• 1.2.1 現(xiàn)有仿生人工骨結(jié)構(gòu)10-13
• 1.2.2 現(xiàn)有仿生人工骨材料13-16
• 1.2.3 現(xiàn)有仿生人工骨制作工藝16-17
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容17-20
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.3.2 總體技術(shù)路線18-19
• 1.3.3 論文章節(jié)安排19-20
• 2 股骨損傷數(shù)值模擬研究20-33
• 2.1 骨的基本結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 股骨三維有限元模型的建立21-26
• 2.2.1 股骨醫(yī)學(xué)圖像三維重建21-24
• 2.2.2 股骨三維模型優(yōu)化24-25
• 2.2.3 股骨模型材料屬性25-26
• 2.3 股骨數(shù)值模擬仿真26-31
• 2.3.1 邊界條件及載荷的設(shè)置27-28
• 2.3.2 股骨變形和應(yīng)力分析28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 3 人工骨仿生結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究33-42
• 3.1 髖假體植入后的股骨模擬分析33-37
• 3.1.1 人工髖假體的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)33-35
• 3.1.2 髖關(guān)節(jié)置換后股骨距受力研究35-37
• 3.2 人工骨仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究37-40
• 3.3 建立人工骨仿生結(jié)構(gòu)40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 人工骨仿生微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究42-54
• 4.1 仿生微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則42-43
• 4.2 納維-斯托克斯方程(N-S 方程)43-49
• 4.3 仿生微結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)分析49-52
• 4.3.1 流體分析模型建立49-50
• 4.3.2 結(jié)果分析及優(yōu)劣評(píng)價(jià)50-52
• 4.4 建立人工骨仿生微結(jié)構(gòu)52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 5 仿生人工骨支架成型工藝研究54-70
• 5.1 支架制備技術(shù)路線54
• 5.2 支架規(guī)則微管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)54-56
• 5.3 支架負(fù)型快速成型制造技術(shù)56-58
• 5.4 人工骨仿生支架成型工藝研究58-66
• 5.4.1 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備58
• 5.4.2 支架成型工藝研究58-66
• 5.5 人工骨支架力學(xué)性能初步研究66-68
• 5.6 分析與討論68-70
• 6 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文75-76
• 致謝76

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