松質骨微結構的圖像分析與特性研究.pdf

1、松質骨基質以其優(yōu)良的成骨誘導能力，常常作為骨組織工程支架材料獲得了廣泛的應用。近年來，由于與年齡相關的骨折、假肢松弛、以及骨重建等科學和臨床問題的推動，松質骨力學性能的實驗研究和理論分析已成為骨力學的研究焦點之一。已有研究表明，松質骨可作為固-液耦合的兩相多孔介質；松質骨中流體組分的擴散和流動，使得松質骨呈現(xiàn)出一種強烈的表觀粘彈性行為以及能量耗散性質；松質骨微結構的變化顯著影響其力學性能?？梢姡瑸榱四M體內生理條件下松質骨的微動力學環(huán)境

2、，松質骨的微結構特征應引起更多的關注。
　　描述松質骨微結構的指標較多，其中最重要的是孔隙率和滲透率。然而，迄今為止，松質骨微結構孔隙率、滲透率的測量方法的研究少見文獻報道，松質骨微結構變化對其力學性能的影響機制也未有定論。
　　為此，本文采用二維圖像分析方法，研究松質骨（新鮮豬脛骨后肢松質骨）微結構孔隙率沿不同方向的分布規(guī)律；將松質骨簡化為一種流-固耦合的兩相多孔介質，根據(jù)Darcy定律設計松質骨滲透率測量裝置、并開展松質

3、骨微結構滲透特性實驗研究；結合已發(fā)表的文獻數(shù)據(jù)，分析微結構形式、解剖部位、年齡引起的松質骨微結構變化對其力學性能的影響。取得的主要研究結果和結論如下：
　?、偎少|骨微結構孔隙率在脛骨軸向沿靠近密質骨的方向逐漸減小，在垂直于脛骨軸向方向基本不變；松質骨可看作是橫觀各向同性材料；如果切片數(shù)足夠多，采用二維圖像分析方法，能較為準確地測試出松質骨微結構孔隙率沿不同方向的分布規(guī)律。
　?、诟鶕?jù)Darcy定律設計的松質骨微結構滲透率測量

4、裝置，經(jīng)進一步改進和完善，可望為松質骨滲透特性的研究提供了一種簡便、實用的測量手段。
　?、鬯少|骨微結構的變化顯著影響其力學性能：松質骨的彈性模量與“桿-桿微結構模型（Modelofrod-rodstructure）”中孔洞的周長有關，孔洞周長越大，彈性模量越小；兒童骺部及骺端遠板層的松質骨的強度、彈性模量均大于骺端近板層的松質骨；青年組股骨頭松質骨試件的彈性模量、能量吸收、屈服強度、極限強度和極限應變等六項指標均明顯高于老年組。