%A 钟毅征, 黄培镇, 蔡群斌, 郑利钦, 何兴鹏, 董 航 %T 影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标 %0 Journal Article %D 2023 %J 中国组织工程研究 %R 10.12307/2023.207 %P 1313-1318 %V 27 %N 9 %U {https://www.cjter.com/CN/abstract/article_18069.shtml} %8 2023-03-28 %X

文题释义:
骨小梁结构模型指数(Structure Model Index,SMI):表征骨小梁板状(plate-like)和杆状(rod-like)的程度,骨小梁绝对板状时SMI 数值为0,绝对杆状时SMI 数值为3,发生骨质疏松时,SMI值增大,杆状骨小梁增加,板状骨小梁减少,骨小梁抗压缩性能降低。
微有限元:有限元分析是把连续的几何构件离散成有限个单元,并在每一个单元中设定有限个节点,从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元集合体,同时选定场函数的节点值作为基本未知量,并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律,再建立用于求解节点未知量的有限元方程组,从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。微有限元模型是基于Micro-CT影像数据进行有限元分析的一种有限元模型。

背景:基于Micro-CT微有限元可以研究骨小梁在载荷下的力学响应,通常认为在动物骨小梁标本上骨体积分数是决定骨小梁抗压缩能力的最重要指标,但在微有限元模型中,导致应力集中或决定最大应力的骨微结构指标尚不明确。
目的:探究影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标。
方法:获取10只正常大鼠双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微观结构指标,比较双侧感兴趣区域骨小梁差异性;构建20个骨小梁微有限元模型并对模型进行加载,以微有限元模型中应力值最大的前5%,2%,1%,0.5%个单元的应力平均值作为最大应力值,根据模型应力、应变验证模型的真实可靠性;最后,以最大应力值为因变量,感兴趣区域骨小梁微观结构指标为自变量,通过多元线性逐步回归法挖掘影响骨小梁微有限元模型最大应力的关键影响因素。
结果与结论:双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微结构存在同质性(P > 0.05),进而对数据进行合并;20个骨小梁微有限元模型平均单元数232 813,节点数606 82;前5%,2%,1%,0.5%个单元应力平均值分别为31.91,41.96,50.86,61.23 MPa,平均有效应变为3.28%;多元线性逐步回归分析结果提示骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型最大应力的最重要的骨微结构指标(P < 0.001,R2=0.807)。提示:骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型应力集中的最重要骨微结构指标,骨小梁结构模型指数值越大,杆状骨小梁越多,应力集中范围越大。

https://orcid.org/0000-0002-8516-7410(钟毅征)

中国组织工程研究杂志出版内容重点:人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程