基于流固耦合的受載骨內(nèi)溶質(zhì)輸運的有限元研究.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，骨組織處在一個動態(tài)三維環(huán)境，其內(nèi)部的流體及溶質(zhì)運輸對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)運輸?shù)闹饕侄危捎诠鈱W(xué)成像技術(shù)的局限性，只能針對骨膜以下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)，對成年鼠脛骨進(jìn)行有限元仿真研究，并結(jié)合FRAP實驗驗證有限元法應(yīng)用于骨內(nèi)流體及溶質(zhì)運輸研究的可行性。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，實現(xiàn)成年鼠脛骨的三維重建。在Hypermesh下對脛骨三維模型進(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)輸運特性。論述了輸運增

3、強度的概念，討論了擴散率以及載荷對于輸運增強度的影響。
　　(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)實驗（FRAP）數(shù)據(jù)，討論實驗條件下載荷大小對于LCS系統(tǒng)內(nèi)溶質(zhì)輸運現(xiàn)象的影響。比對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)輸運增強度，驗證生物有限元法在骨內(nèi)流體以及溶質(zhì)輸運研究的可行性。
　　(4)利用有限元法，進(jìn)一步研究骨內(nèi)深層區(qū)域流場分布信息，得到了不同載荷強度下脛骨表面以及橫斷面