基于流固耦合的受載骨內(nèi)溶質(zhì)輸運(yùn)的有限元研究.pdf

1、骨骼是人體的重要器官，具有重要的生理功能。與其他組織相同，骨組織處在一個(gè)動(dòng)態(tài)三維環(huán)境，其內(nèi)部的流體及溶質(zhì)運(yùn)輸對(duì)維持組織功能及本體活性具有不可替代的作用。目前光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)（FRAP）是研究骨內(nèi)流體及溶質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕侄?，但由于光學(xué)成像技術(shù)的局限性，只能針對(duì)骨膜以下50μm區(qū)域進(jìn)行觀察分析。本文從流固耦合理論和有限元法出發(fā)，對(duì)成年鼠脛骨進(jìn)行有限元仿真研究，并結(jié)合FRAP實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有限元法應(yīng)用于骨內(nèi)流體及溶質(zhì)運(yùn)輸研究的可行性。本文研究的主要

2、內(nèi)容及結(jié)論包括：
　　(1)利用二維CT斷層圖像及Mimics軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)成年鼠脛骨的三維重建。在Hypermesh下對(duì)脛骨三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，三維重建后的網(wǎng)格模型與脛骨實(shí)物具有很高的相似度。
　　(2)建立成年鼠脛骨的兩相-溶質(zhì)模型，獲得包括彈性模量、孔隙度、滲透率在內(nèi)的成年鼠脛骨模型相關(guān)參數(shù)。利用FEBio生物有限元仿真軟件，獲得了不同溶質(zhì)擴(kuò)散率以及載荷刺激下的骨陷窩-骨小管系統(tǒng)(LCS)內(nèi)溶質(zhì)輸運(yùn)特性。論述了輸運(yùn)增

3、強(qiáng)度的概念，討論了擴(kuò)散率以及載荷對(duì)于輸運(yùn)增強(qiáng)度的影響。
　　(3)結(jié)合成年鼠脛骨骨膜50μm以下區(qū)域的有限元分析及光脫色熒光恢復(fù)實(shí)驗(yàn)（FRAP）數(shù)據(jù)，討論實(shí)驗(yàn)條件下載荷大小對(duì)于LCS系統(tǒng)內(nèi)溶質(zhì)輸運(yùn)現(xiàn)象的影響。比對(duì)同樣載荷條件下兩種方法得到的骨陷窩-骨小管系統(tǒng)內(nèi)溶質(zhì)輸運(yùn)增強(qiáng)度，驗(yàn)證生物有限元法在骨內(nèi)流體以及溶質(zhì)輸運(yùn)研究的可行性。
　　(4)利用有限元法，進(jìn)一步研究骨內(nèi)深層區(qū)域流場(chǎng)分布信息，得到了不同載荷強(qiáng)度下脛骨表面以及橫斷面