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《天津理工大学》 2017年
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关节软骨缺损修复整合的有限元仿真及其力学实验

赵海生  
【摘要】:关节软骨缺损已经成为临床上较为常见的疾病,有较高的发病率,不及时治疗可能会使缺损继续扩大,最后导致骨关节炎症,关节不能运动,甚至残疾,给患者带来极大的痛苦。由于软骨组织工程能够提高软骨植入修复质量并能保持较长的修复效果,成为了临床医学的研究热点。然而,若是植入的组织工程软骨没有整合或者部分整合到宿主软骨,这将改变膝关节的生物力学环境,导致修复区域的力学状态出现问题,可能直接损伤细胞或影响软骨细胞基质的正常生成,阻碍软骨缺陷部位的再生,最后导致移植失败。所以研究缺损软骨修复过程中整合区域的力学环境并确定适宜整合的人工软骨是非常重要的。本文有限元模拟部分建立ABAQUS的固液相的二维有限元模型,包括软骨的多孔及黏弹性特征、不同层区的不同材料属性等。由模拟结果对比分析不同材料属性的人工软骨、不同压缩量以及有无整合对修复区域力学状态的影响。实验部分制作了缺损软骨和人造人工软骨,并放置在力学试验机上进行压缩加载实验,通过CCD相机捕捉图像并分析数据,研究有无整合和压缩量对于修复区域应变分布的影响。由结果显示结合面有整合对比无整合有较好的力学环境。在无整合时结合面出现了开裂,结合面两侧会产生相对滑移,孔隙压力略高,开裂处出现流速过快等现象。且表层的相对滑移最大,宿主软骨在和人工软骨结合的区域发生了应力集中。人工软骨弹性模量过高或者过低都不适合移植,与宿主软骨中层相近时拥有较好的力学性能。压缩量的增加对结合面的影响最大,加剧了结合面的应力集中和开裂等现象,也不利于营养物质的相互传送。临床治疗中尽量选择与宿主软骨相近性能的人工软骨进行移植修复,并且在移植后避免做过于剧烈的运动。由于软骨缺损修复的过程中修复区域的力学状态将影响修复结果,结合面整合状态的力学状态差异较大,临床修复应关注此方面问题。
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB115;R681.3

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