模擬體內(nèi)應(yīng)力作用的骨支架降解和骨重建仿真研究.pdf

1、目前對骨組織工程學(xué)的研究主要通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的方法進(jìn)行。由于骨再生過程持續(xù)時間周期很長，基于體內(nèi)試驗(yàn)的方法開展相關(guān)研究難于進(jìn)行，且花費(fèi)巨大。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高和新的數(shù)學(xué)理論的不斷出現(xiàn)，利用數(shù)值模擬技術(shù)對骨組織工程進(jìn)行相關(guān)研究的工作逐步深入。
　　 本論文主要通過計(jì)算機(jī)仿真的手段對體內(nèi)應(yīng)力作用下的骨支架降解和骨重建的過程進(jìn)行模擬研究。主要工作和成果如下：
　　 (1)構(gòu)建了考慮應(yīng)力影響因素的骨支架降解公式，利用

2、多孔固體結(jié)構(gòu)與性能理論建立起骨支架的彈性模量和支架壁厚之間的關(guān)系式，描述骨支架胞元的降解，得出每次降解骨支架的壁厚的變化量。
　　 (2)利用應(yīng)變能密度理論模擬伴隨骨支架降解過程的骨再生過程。以參考應(yīng)變能密度理論為基礎(chǔ)，在計(jì)算應(yīng)變能時綜合考慮降解過程中新骨的生成對骨-支架系統(tǒng)的力學(xué)性能的影響，骨支架降解和新骨重建是兩個獨(dú)立，又相互影響的過程。
　　 (3)應(yīng)用有限元軟件和子程序來模擬骨支架降解和骨再生的過程。利用骨支架胞

3、元的變化刻畫整體支架的變化，把有限元軟件中的六面體單元和骨支架胞元相結(jié)合，以單元的力學(xué)性能的變化過程解釋整個降解過程的發(fā)生。選取不同骨支架的初始孔徑分別對上述過程進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，隨著孔徑在一定范圍內(nèi)的增大，骨重建的情況越理想。
　　 本論文建立的骨支架降解模型考慮了應(yīng)力的影響，能夠?yàn)槭茌^大應(yīng)力作用下的支架降解的情況做更清晰的描述。此外，論文中提出的以力學(xué)性能變化來刻畫幾何變化的仿真方法，在模擬過程中簡化了大量的計(jì)算工作，可為