松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)的圖像分析與特性研究.pdf

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

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

3、骨微結(jié)構(gòu)滲透特性實驗研究；結(jié)合已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，分析微結(jié)構(gòu)形式、解剖部位、年齡引起的松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)變化對其力學(xué)性能的影響。取得的主要研究結(jié)果和結(jié)論如下：
　?、偎少|(zhì)骨微結(jié)構(gòu)孔隙率在脛骨軸向沿靠近密質(zhì)骨的方向逐漸減小，在垂直于脛骨軸向方向基本不變；松質(zhì)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(zhǔn)確地測試出松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)孔隙率沿不同方向的分布規(guī)律。
　　②根據(jù)Darcy定律設(shè)計的松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)滲透率測量

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