人体腰椎松质骨的生物力学性质

本文以三具新鲜男性尸体的Ｔ１２～Ｌ４椎体的松质骨为材料，通过准静态压缩试验，分析了应变率（ε）表观密度（ρａ）和组织密度（ρｔ）对松质骨弹性模量、强度和终应变的影响。试验采用了５个应变率１．０×１０－５，５．０×１０－５，１．０×１０－４，５．０×１０－４，１．０×１０－３Ｓ－１。松质骨的表观密度和组织密度范围分别为０．４６～０．７１ｇ／ｃｍ３，１．０２～１．５４ｇ／ｃｍ３。以弹性模量、强度和终应变为因变量（Ｙ），以应变率和表观密度或组织密度为自变量。利用以下模型进行了非线性回归分析：Ｙ＝ａρｂａεｃ。当ｂ分别取１．８８，２和３时，弹性模量与应变率的关系均可用上面模型表达，其指数ｃ分别为０．０７，０．１，０．１。弹性模量与表观密度呈１．８８次方关系，强度与表观密度呈１．２９次方关系。终应变作为独立变量不受表观密度和应变率的影响。组织密度的平方和立方均与弹性模量正相关     

松质骨表现密度和弹性模量间关系的均匀化理论模型

本文利用理想化特征胞元模型对松质骨的刚度进行了研究，提出了松质骨的二级微结构均匀化模型，考虑了骨小梁中的微结构的影响，结果表明，松质骨的弹性模量与清观密度间接近线性关系，二级均匀化松质骨模型较各向同性骨小梁松质骨模型计算出的结果偏高。     

松质骨弹性模量与表观密度的关系-基于杆-杆结构和带孔板结构相结合的模型

从杆-杆结构模型开始，然后以此框架为基础逐渐填加固体物质形成带孔板的框架模型，从而将松质骨的两种微结构模型结合起来，利用均匀化理论计算松质骨的弹性模量，通过对所得结果的分析，讨论了松质骨的弹性模量与表观密度的关系。得出弹性模量与表观密度的关系为E=1．78p^1.88（GPa），该结果与用胞元结构理论导出的关系式比较接近，可能更合理。     

松质骨表观密度和弹性模量间关系的均匀化理论模型

本文利用理想化特征胞元模型对松质骨的刚度进行了研究,提出了松质骨的二级微结构均匀化模型,考虑了骨小梁中的微结构的影响。结果表明,松质骨的弹性模量与表观密度间接近线性关系,二级均匀化松质骨模型较各向同性骨小粱松质骨模型计算出的结果偏高。     

松质骨的力学性能及力学顺应性

松质骨的力学性能及力学顺应性陈永强综述戴克戎审校（上海第二医科大学生物力学研究室）松质骨力学性能以及松质骨对力学环境改变的顺应性研究是骨骼肌肉系统中最重要的研究领域之一。以往有关骨的结构与力学性能方面的研究偏重于皮质骨，而对松质骨的研究相对较少。近年…     

影响人腰椎松质骨不同水平段力学性质的几个因素

本文以新鲜人腰椎椎体松质骨为材料，利用ＩＮＳＴＲＯＮ万能电子试验机进行了纵向及横向加载方向下的松质骨压缩试验，并比较了两组的表现密度（ｐｔ），组织密度（ｐｔ），弹性模量（Ｅ），极限应力（σｕ）和终应变（εｕ）。试验结果表明，两组间的表观密度，组织密度及终应变均无明显差异而纵向加压组的弹性模量及极限应力均显著高于横向加压组。因此作为各向异性材料的松质骨，不同的加载方向将对试验结果产生显著影响。     

定量超声波方法表征松质骨生物力学性质的研究进展

松质骨是老年性骨质疏松性骨折易发部位,如腰椎骨,股骨近端和侥骨远端骨组织的主要组成部分,松质骨分别承担了该部位的50－75％的载荷。因此发展灵敏度高,能够快速,精确表征松质骨的成分、微观构造、性质和做损伤及其变化的在体估值（invvoassessment）方法,从而及早诊断和防止发生各类骨质疏松性骨拆的研究从1990年代以来得至＂g3lE越多的重视。超声波表征方法因其能获得松质骨的多方面信息,设备较简单,费用低,不存在使用射线方法时所具有对人体的可能损害等优点,已成为今后临床督性质（特别是松质骨性质）测定最富有竞争力的方…     

人体腰椎松质骨冲击响应的实验研究

本文利用传统的分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆技术，测试了新鲜人腰椎松质骨在冲击载荷下的力学性质。以表观密度和应变率为自变量，以弹性模量、极限强度和终应变为因变量，按模型Ｙ＝ａｐｂｅｃ拟合出回归方程，并与准静态下相同的模型进行了比较，发现高应变率下弹性模量和极限强度与表观密度的相关性下降，而与应变率的相关并有增高的趋势，终应变与表观密度无关而与应变率的相关性显著提高。本文还对松质骨本构关系进行了探讨。     

猪肝动脉的弹性模量与性别的关系

目的探讨猪肝动脉弹性模量与性别的关系,为猪到人异种肝移植提供理论依据。方法取23例4、7月龄雌性、雄性、去势湖北白猪的肝动脉,将其按从近心端到远心端的方向分成近、中、远3段,各段置于4℃冰箱中待用。在软组织生物力学试验机上测定中段动脉的压力-直径关系,计算出增量弹性模量(Einc)、压力-应变弹性模量(Ep)和容积弹性模量(Ev)。结果 7月龄各组肝动脉的弹性模量有显著性差异(P0.01):雌性组最低,雄性组居中,去势组最高;7月龄各组与4月龄各组的弹性模量相比显著减小(P0.05)。结论 7月龄不同性别猪肝动脉弹性模量存在差异,从生物力学方面考虑,在猪到人异种肝移植时,应选择性别相匹配的猪肝脏作为供体材料,使移植材料肝动脉间的弹性模量尽可能相近,降低肝动脉并发症,有可能提高移植肝的存活率。     

松质骨微观骨小梁结构的生物力学有限元分析

股骨松质骨具有骨小梁的微观结构,其单元特性影响了股骨的整体力学性能.找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以帮助人们有效地进行松质骨及股骨整体的生物力学特性分析.本文采用不同结构的微观骨小梁单元模型,分析各单元的生物力学特性,并采用有限元方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,获得了骨小梁单元密度与单元生物力学特性的关系的综合分析结果,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,并应用于股骨松质骨建模.仿松质骨的骨小梁结构可以有效提高整体生物力学性能,所获得的微观单元优化结构可以应用于仿生结构材料的制造.     

A new method to evaluate the elastic modulus of cortical bone by using a combined computed tomography and finite element approach

This study attempted to estimate the elastic modulus of cortical specimens directly from the computed tomography (CT) number (CT). Cubic specimens of fresh bovine femora were tested under compressive loading. The corresponding three-dimensional mesh models of these specimens were established with the aid of CT images. The elastic modulus of each element was determined using the following transfer formula: E=A×(CT)^B. The A and B were determined by matching the simulation results with the experimental force-displacement curves. An optimization approach was used to match the entire specimen sets between simulations and experiments. The results indicated that the elastic modulus of cortical bone can be effectively estimated using a power relationship (E=1.26×10⁻³×(CT)^1.93) directly from the CT number. This procedure eliminates the need to determine the bone density, and therefore reduces the computational time required to define mechanical properties in finite element methods.     

不同骨密度下人体脊柱着陆冲击响应的数值模拟

目的 用数值模拟方法探讨人体骨密度改变对人体脊柱着陆冲击响应的影响。方法 通过人体扫描CT图片构建人体头骨、颈椎、胸椎、腰椎、尾椎、盆骨、韧带的三维物质点模型,并将这些模型固定连接作为人体脊柱模型固定置于利用MPM3D程序构建的长方体椅背物质点模型上,构建人体脊柱着陆冲击模型。在椅背上施加加速度载荷,模拟人体脊柱仰卧于椅背受到着陆冲击载荷的情况。通过改变脊柱骨骼密度及对应骨骼弹性模量模拟计算不同骨密度下人体脊柱的着陆冲击响应。结果 正常骨骼密度时,人体脊柱的整体损伤评价γ值为1.589 3;骨密度分别减小2%、4%、6%、8%、10%时,对应人体脊柱的整体损伤评价γ值分别为1.608 6、1.634 7、1.641 0、1.662 5、1.680 5。结论 在受到相同的冲击载荷时,人体骨骼密度越小,人体对冲击载荷的响应越大,越容易受伤。     

去卵巢大鼠骨密度变化与骨髓组织血管生成的关系

目的： 探讨去卵巢大鼠骨密度变化与骨髓组织血管生成的关系。方法：30只SD雌性大鼠随机分为去卵巢组（OVX）和假手术组（sham）,分别在4周、8周和12周处死。取左侧股骨测量骨密度(BMD)。右侧远端股骨干骺端松质骨甲醛固定,EDTA-Na2脱钙。常规脱水、石蜡包埋、切片。行苏木素－伊红染色用于观察骨髓组织病理改变,用CD34标记血管内皮细胞观察微血管密度(MVD),采取大鼠腹主动脉血进行血管内皮生长因子(VEGF)测定。结果： 大鼠去卵巢8周后BMD明显低于假手术组, 提示骨质疏松模型建立,此时,骨髓造血组织容量减少,脂肪组织容量增高,与假手术组比较均有显著差异（P<0.01）,骨髓组织MVD与假手术组比略有减少。12周后,上述改变更为明显。同时,骨小梁容量减少,骨髓组织MVD明显减少（P<0.05）,且显示MVD与BMD、造血组织容量和骨小梁容量呈正相关,与脂肪组织容量呈负相关。但血浆VEGF含量测定OVX组与sham组间无明显差异,与骨髓组织各形态指标亦无相关性。结论：去卵巢大鼠在骨量丢失和造血组织容量减少的同时伴有骨髓组织MVD减少, 为骨质疏松症采用促微血管增生治疗提供了实验依据。     

股骨头内松质骨空间分布和力学性能变化有限元分析

目的应用有限元方法研究不同加载强度和偏轴角对股骨头内松质骨空间分布和力学性能变化的影响。方法基于断层磨削后扫描、计算机三维重建的方法建立得到股骨近端骨结构三维模型,按照与主压力小梁方向成0°、15°、45°分别选取相同大小的松质骨试件。计算试件的三维空间结构参数,应用有限元分析方法模拟单轴压缩试验,观察松质骨试件应力、应变分布,探讨不同加载强度和离轴角度对松质骨生物力学性质的影响。结果基于建立的人股骨头内松质骨三维有限元模型,模拟了松质骨试件单轴压缩试验,发现不同加载强度和偏轴角度在松质骨试件中≥5 000με(微应变)的松质骨比例存在统计学差异(P0.05)。结论股骨头内松质骨小梁空间分布与力学适应性密切相关。结构与功能的不相适应降低了股骨头内部松质骨的生物力学性能,反复不良刺激引起的骨重塑、改建可能在股骨头坏死中起着重要的作用。     

Comparison of mechanical and ultrasound elastic modulus of ovine tibial cortical bone

Finite element models of bones can be created by deriving geometry from an X-ray CT scan. Material properties such as the elastic modulus can then be applied using either a single or set of homogeneous values, or individual elements can have local values mapped onto them. Values for the elastic modulus can be derived from the CT density values using an elasticity versus density relationship.Many elasticity–density relationships have been reported in the literature for human bone. However, while ovine in vivo models are common in orthopaedic research, no work has been done to date on creating FE models of ovine bones. To create these models and apply relevant material properties, an ovine elasticity–density relationship needs to be determined.Using fresh frozen ovine tibias the apparent density of regions of interest was determined from a clinical CT scan. The bones were the sectioned into cuboid samples of cortical bone from the regions of interest. Ultrasound was used to determine the elastic modulus in each of three directions – longitudinally, radially and tangentially. Samples then underwent traditional compression testing in each direction.The relationships between apparent density and both ultrasound, and compression modulus in each direction were determined. Ultrasound testing was found to be a highly repeatable non-destructive method of calculating the elastic modulus, particularly suited to samples of this size.The elasticity–density relationships determined in the longitudinal direction were very similar between the compression and ultrasound data over the density range examined. A clear difference was seen in the elastic modulus between the longitudinal and transverse directions of the bone samples, and a transverse elasticity–density relationship is also reported.     

松质骨骨折不同位置螺钉固定效果的生物力学研究

目的：分析松质骨骨折不同位置的固定效果。方法：成人防腐固定的股骨、胫骨标本各１５侧,测股骨髁部、胫骨踝部密度。摹拟股骨外侧髁和胫骨内踝骨折,于骨折面中心Ｏ点、Ｏ点正上方Ａ点下方Ｂ点旋入金属拉力螺钉,应用生物力学方法,测试螺钉最大轴向拔出力。结果：股骨髁部骨密度平均为０．３０ｇ／ｃｍ＾２;踝部骨密度为０．４７ｇ／ｃｍ＾２。股骨外侧踝骨折面Ａ、Ｏ、Ｂ点螺钉的最大轴向拔出力分别为４０４．９Ｎ、２３３．８     

骨密度与颈椎终板结构生物力学性质的关系

目的 :研究椎体骨密度 (bonemineraldensity ,BMD)与颈椎终板不同位点力学特性之间的关系。方法 :5 0个颈椎椎体标本 ,用DEXA测试每个椎体的BMD后 ,采用逐步聚类法将标本分为三组 ,高骨密度组 (n =16)、中骨密度组 (n =2 4)、低骨密度组 (n =10 ) ,对每一终板平面上 2 0个特定的测试点进行压缩实验 ,直径 2mm的半球形压头以 0 .0 3mm/s的速度垂直于终板平面下压 2mm ,由所得的力─位移曲线计算出最大压缩力及刚度 ,采用单因素方差分析、析因分析、SNK检验及相关分析对实验数据进行统计学分析。结果 :三组之间的最大压缩力、刚度均存在显著性差异 (P <0 .0 1) ,且最大压缩力、刚度与BMD呈正相关关系 ;BMD对颈椎终板力学强度有显著影响 ,但对其力学分布无明显影响。结论 :椎体BMD是预测终板力学性能的重要指标 ,术前应测量BMD以减少植入物沉陷的发生。     

Ultrasonic characterisation in determining elastic modulus of trabecular bone material

The pulse transmission ultrasonic technique is used to characterise the actual pathway and the wavelength dependence in relation to the bone specimen and microstructural dimensions. The average velocity through individual trabecular bone is 2901 m s⁻¹ (SD 161), and the mean velocity through cylindrical cancellous bone specimens is 2717 m s⁻¹ (SD 171). Thus, the velocity through the cylindrical cancellous bone specimens is underestimated by as much as 6.4% of that through individual trabeculae. There is statistically significant difference in the ultrasonic velocity between individual trabeculae and cylindrical cancellous bone specimens (p=0.0012).