大鼠胫骨力学加载实验的显微有限元建模仿真研究

发布时间：2025-06-24 04:21

　　当承受的外部载荷发生变化时,骨可以感应力学信号并做出响应,调节自身的质量和结构。在力学信号传导过程中,动态载荷而非静态载荷能够引起骨内液体的流动,激活骨细胞。当动态载荷幅值产生的力学应变超过一定阈值时,新骨生成。长骨动态加载模型是研究力学加载促进骨生成的典型模型,实验结合有限元分析是应用最为广泛的方法。目前,小鼠胫骨和大鼠尺骨动态加载模型的研究很多,但有关大鼠胫骨的动态加载模型很少报道。本文在大鼠胫骨离体加载实验过程中,通过骨内侧表面的应变计测得应变值。为更好地理解动态加载过程中的合成代谢反应,建立基于实验样本影像的个体化有限元模型来评估胫骨承受力学载荷时其整体应变分布规律,并用应变计测量的应变数据校准有限元计算应变。本文的主要内容为:首先,取15只5月龄雌性Wistar正常大鼠的右下肢,将两个应变计粘贴在胫骨内侧面,放于动态循环加载实验设备上,施加三种不同幅值(20N、30N、40N)的动态载荷,测得粘贴应变计处胫骨的实验应变。然后,胫骨样本经Micro computed tomography(Micro-CT)扫描重建后,采用Mimics、Magics、Geomagic Studio...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.3骨重建过程

骨具有反馈机制,为适应其功能需要始终对自身进行调整。当力学环境改变时,总是以最优的结构和材料适应新的力学环境,即骨具有功能适应性。此时,骨结构和骨量分布发生改变,改变程度主要取决于骨重建过程中成骨细胞骨形成与破骨细胞骨吸收之间所达到的平衡[17]。图1.3(a)和图1.3(b)给....

图1.4力学调控系统的应变阈值[20]

实验数据表明,骨失重会诱发骨生成、骨矿物含量、骨基质蛋白的减少,而增加骨承受的载荷能够增加骨量、防止骨丢失。骨结构的改变是因为局部力学信号刺激了骨细胞,引起骨量重新分配。骨量不断变化满足力学环境需要,此过程中的反馈调节系统称为力学调控系统。Frost等[19]给出了骨组织的三个主....

图1.5加载间歇与骨生成量之间的关系[28]

延长骨加载的持续时间不能使骨量成比例地增加。随着加载时间的延长,骨细胞变得不敏感,从而骨生成反应减弱。这一现象在鸟尺骨的研究和大鼠胫骨、股骨的研究中得到很好的证明[26,27]。施加不同的载荷后卸载,骨可以在数秒或数小时内恢复敏感性。大鼠在承受载荷间歇0h、0.5h、1h、2h、....

图1.6离体成像的Micro-CT系统[39]

Micro-CT的主要结构包括X线断层扫描装置和计算机系统两大部分。扫描装置包括X线发生器、球管、探测器等,计算机系统包括操作台、中央处理系统等。其工作方式分为两种:离体扫描和活体扫描。可在不破坏样本的情况下,对离体动物的骨骼、牙齿、生物材料等样本进行二维/三维的成像。也可在造影....

本文编号：4052479