载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统内溶质输运速率影响

目的 利用有限元法研究载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统（lacunar-canalicular system,LCS）内溶质输运速率的影响。方法 基于成年鼠胫骨的micro-CT扫描图像,利用Mimics、Hypermesh、FEBio等软件建立其胫骨有限元模型,且视为均质的两相-溶质材料。通过设置3组不同扩散率（3、15、30 μm2/s）的溶质和载荷强度（0.2、2.0、5.0 N）,得到输运速率和溶质扩散率以及载荷强度之间的关系。对比光脱色荧光恢复（fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）实验数据与有限元法得到的结果,分析载荷刺激对输运增强率的影响。结果 输运速率均随着扩散率和载荷强度的增大而增大。通过与FRAP实验的数据进行比对发现,有限元法得到的结果基本符合溶质运移规律。结论 研究结果可为研究皮质骨深层区域的力响应以及流动性提供一定基础,也为进一步揭示骨再生机制提供借鉴。     

新鲜长管状骨的三维有限元分析

目的建立长管状骨的有限元分析模型,并通过力学试验验证有关参数。方法通过CT扫描新鲜猪骨干4根,获得连续断层图片,导入MIMICS医学建模软件生成实体模型后,应用通用有限元分析软件HYPERMESH,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型,约束边界条件,模拟受力状态进行加载,得出有限元模型上的应力分布与应变结果,并与实测实验结果对比。结果实测中发现新鲜长管状骨的HU值在-1023～2895之间,根据骨干的解剖结构和CT值的分布,分为五层:骨膜层、釉样骨层、密质骨层、松质骨层、骨髓层。骨干采用802种材料特性的赋值方式,δ取值范围为1.87~1.98之间模拟的结构与实际测得的结果最为类似。结论新鲜骨的表面有一层"釉样骨"结构,这部分的骨成分对于新鲜骨干的力学特性有比较重要的意义。δ取值范围为1.87～1.98之间,单元数目控制在5~10万之间,建立有限元的模型兼顾了精度与经济性,有较好的仿真度。     

基于CT图像的长管骨有限元材料属性研究及实验验证

目的探讨经酒精处理的新鲜人体长管骨个性化材料属性定义的方法,以及骨骼材料数目对有限元结果的影响。方法利用断层扫描CT图片,在Mimics中建立股骨干三维实体模型,然后导入Hypermesh中分割成皮质骨、松质骨以及骨髓;根据相关经验公式分别赋于皮质骨和松质骨的材料参数,设置5组材料数目的不同仿真组;在Abaqus中进行线弹性阶段的压缩实验仿真,并进行体外验证实验。结果端部位移在0～1 mm时,松质骨材料数目为1种,皮质骨材料数目大于10种的整体力-位移有限元仿真结果与实测数据平均相对误差在10%左右;骨干的测量点变形量的有限元结果与实测数据相对误差为14.6%。在小位移下0～0.5 mm时1,种皮质骨材料的整体力-位移的仿真结果与实测数据误差为2.83%。结论 (1)利用CT图片灰度值,可以精确定义骨骼各成份的材料属性;(2)皮质骨材料数目设定对有限元仿真结果影响较大,将皮质骨设定10种即可满足有限元分析需要;(3)小变形时,1种材料的皮质骨就能满足分析要求。     

载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统内溶质输运速率影响

目的利用有限元法研究载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统(lacunar-canalicular system,LCS)内溶质输运速率的影响。方法基于成年鼠胫骨的micro-CT扫描图像,利用Mimics、Hypermesh、FEBio等软件建立其胫骨有限元模型,且视为均质的两相-溶质材料。通过设置3组不同扩散率(3、15、30μm2/s)的溶质和载荷强度(0.2、2.0、5.0 N),得到输运速率和溶质扩散率以及载荷强度之间的关系。对比光脱色荧光恢复(fluorescence recovery after photobleaching,FRAP)实验数据与有限元法得到的结果,分析载荷刺激对输运增强率的影响。结果输运速率均随着扩散率和载荷强度的增大而增大。通过与FRAP实验的数据进行比对发现,有限元法得到的结果基本符合溶质运移规律。结论研究结果可为研究皮质骨深层区域的力响应以及流动性提供一定基础,也为进一步揭示骨再生机制提供借鉴。     

人在摔倒时股骨上端承载能力的有限元分析——(Ⅱ)摔跤姿态和载荷位置对股骨承载能力的影响研究

我们用有限元模型结合Hofftnan失效准则参数化地研究了载荷条件对股骨承载能力的影响。载荷条件包括摔跤姿态角，载荷施加位置及髋关节间的摩擦阻力。参数化研究结果表明：载荷施加位置是影响股骨承载能力的关键因素；当外载荷作用在股骨头部时，有两个股骨承载能力的低谷区，如果外载施加在这两个区域，则股骨颈极易发生骨折；髋关节间的摩擦阻力可严重地影响股骨承载能力，这对骨关节炎患者有很大的内在意义。     

人在摔倒时股骨上端承载能力的有限元分析——(II)摔跤姿态和载荷位置对股骨承载能力的影响研究

我们用有限元模型结合Hoffman失效准则参数化地研究了载荷条件对股骨承载能力的影响。载荷条件包括摔跤姿态角,载荷施加位置及髋关节间的摩擦阻力。参数化研究结果表明载荷施加位置是影响股骨承载能力的关键因素;当外载荷作用在股骨头部时,有两个股骨承载能力的低谷区,如果外载施加在这两个区域,则股骨颈极易发生骨折;髋关节间的摩擦阻力可严重地影响股骨承载能力,这对骨关节炎患者有很大的内在意义。     

人在摔倒时股骨上端承载能力的有限元分析——（Ⅰ）有限元分析模型及股骨失效准则的建立

摔跤后，骨折已成为老年人最严重的损伤之一。有限元分析被证实在股骨的结构分析中是一项非常有用的工具。我们建立了股骨上端的有限元模型，并基于有关文献中关于股骨密质骨和松质骨的强度实验数据建立了Hoffman失效准则。有限元模型和失效准则用前人的实验结果进行了验证。结果表明：预测的松质骨失效载荷仅比实验值低0．5％，而密质骨失效载荷仅比实验值高4．2％。这说明我们建立的有限元模型结合Hoffman失效准则将很好地预测人摔倒时股骨的承载能力。     

TW-702F型骨外固定支架的设计与实验研究

目的 介绍TW-702F型骨外固定支架的设计与实验应用.方法 TW-702F型骨外固定支架利用面-螺纹接触界面稳定性,采用铝合金材料制作,进行轴向压缩实验及疲劳实验进行力学测试,并应用实验狗股骨骨折模型进行动物实验研究.结果 TW-702F型骨外固定支架的最大轴向压缩载荷达到30kg,四组TW-702F型骨外固定支架轴...     

人在摔倒时股骨上端承载能力的有限元分析——(I)有限元分析模型及股骨失效准则的建立

摔跤后,骨折已成为老年人最严重的损伤之一。有限元分析被证实在股骨的结构分析中是一项非常有用的工具。我们建立了股骨上端的有限元模型,并基于有关文献中关于股骨密质骨和松质骨的强度实验数据建立了Hoffm an失效准则。有限元模型和失效准则用前人的实验结果进行了验证。结果表明:预测的松质骨失效载荷仅比实验值低0.5%,而密质骨失效载荷仅比实验值高4.2%。这说明我们建立的有限元模型结合Hoffm an失效准则将很好地预测人摔倒时股骨的承载能力。     

载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统内溶质输运速率影响

目的 利用有限元法研究载荷强度对受载胫骨中骨陷窝-骨小管系统（lacunar-canalicular system，LCS）内溶质输运速率的影响。方法 基于成年鼠胫骨的micro-CT扫描图像，利用Mimics、Hypermesh、FEBio等软件建立其胫骨有限元模型，且视为均质的两相-溶质材料。通过设置3组不同扩散率（3、15、30 μm2/s）的溶质和载荷强度（0.2、2.0、5.0 N），得到输运速率和溶质扩散率以及载荷强度之间的关系。对比光脱色荧光恢复（fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）实验数据与有限元法得到的结果，分析载荷刺激对输运增强率的影响。结果 输运速率均随着扩散率和载荷强度的增大而增大。通过与FRAP实验的数据进行比对发现，有限元法得到的结果基本符合溶质运移规律。结论 研究结果可为研究皮质骨深层区域的力响应以及流动性提供一定基础，也为进一步揭示骨再生机制提供借鉴。