带有力学调控系统各向异性骨再造模型.pdfVIP

_______________________________________________________________________________ 带有力学调控系统的各向异性骨再造模型* 朱兴华 马宗民 (吉林大学 机械科学与工程学院 工程力学系,长春 130025) 摘要 目前 骨再造数值模型在生理上和力学上都不能复制骨再造的实际生理过程 本文引入了骨再造的生理机制和骨力 学性质的各向异性 在损伤修复理论的基础上 建立了带有力学调控系统的各向异性骨再造模型 使骨再造的数值模拟趋向 和生理过程一致 并以二维方板模型为例进行了计算机模拟 得到了和实际较为一致的结果 本模型可用于在一定力学环境 下或力学环境改变后 骨结构的模拟 还可用于植入物植入后骨结构发生结构变化的模拟 关键词 力学调控系统 各向异性 损伤修复理论 骨再造模型 ANISOTROPIC BONE REMODELLING MODEL WITH MECHANOSTAT Zhu Xinghua Ma Zongmin (Departm ent of mechanics, Jilin University, Changchun130025, China) ABSTRACT At present ,bone remodeling numerical model can’t copy bone remodeling physiology process .According to the physiology mechanism of bone remodeling and bone’s mechanics properties anisotropy , anisotropic bone modelling model with mechanostat was developed. This model is applied to the study of the remodelling evolution of 2D squareplate model , obtaining very good results . Anisotropic bone modelling model with mechanostat will aid in the study of osteoporosis and other bone diseases. Keywords :Mechanostat ; Anisotropic ; Damage-repair theory;Bone remodelling model 引 言 骨组织的主要功能是满足机体的生物力学需要,在其同时满足机体代谢需要 骨能够对其形状 骨量 以及内部结构进行不断地自我调整和自我更新,使其本身在质量 数量 分布(结构)和微结构完整性等4个 方面都以最佳状况来适应变化的力学环境需要, 这种功能称为骨的功能适应性 骨的功能适应性研究分为生理机制的研究和数值理论与算法的研究 骨的功能适应性生理机制的研究 是数值理论与算法研究的生理基础 在生理机制的研究上 Frost 在2000 年总结了骨生物力学和骨生理学的实验的基础上 提出骨的力学 调控系统 Mechanostat [1-3] 力学调控系统反映了骨结构形态变化与应变状态之间的关系 在数值理论与算法的研究上 [4] Mullender , Huiskes 1994 等 在适应性骨再造模拟模型的基础上 将骨再造用数学方法描述为自组织生物控制过程 García 2002 [5-[7]提出了一个在力学上比较接近实际的 各向异性损伤修复骨再造模型 本模型以骨的生物力学调控系统为生理基础 结合各向异性损伤修复理论 并引入骨组织生物控制过 程 提出一个新的骨再造模型 即带有力学调控系统的各向异性骨再造模型 并以二维方板模型为例对松 质骨结构进行了模拟 *高等学校博士学科点专项科研基金资助课题 20020183026