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初始密度对骨自优化结果的影响
骨自优化理论在研究骨的生长机理,以及预测非正常情况下(如骨折后的修复,多孔覆盖植入物附近骨的生长过程等)骨的适应过程具有非常重要的意义,是从宏观角度研究受力与生长的关系.本文将骨自优化理论和有限元法结合起来,用计算机模拟了悬臂梁模型的密度分布及激励情况,得到了类似于工程中的桁架结构.重点讨论了参考激励值K固定时,初始均匀密度的变化对结构终形状和质量的影响.并用骨痂吸收的实际例子再一次验证了初始均匀密度的影响.
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椎体结构及其生长过程模拟
目前,关于骨自优化,或称自适应的定量描述,只有线性的骨再造速率方程,用它与有限元相结合去预测骨结构,仅限于在实测骨的外部几何形状基础上,预测其内部组织结构.至于骨的外部几何形状的模拟预测未见报道.本文的目的是利用骨自优化理论完成椎体的外部几何形状、内部组织结构及生长过程的模拟.采用了一种新的高阶非线性骨再造速率方程与有限元相结合,引入工程拓扑优化思想,从不确定的外形出发进行模拟;并且实测了人第三腰椎椎体冠状面的外部几何形状及内部组织结构.预测的结果在外部几何形状和内部组织结构上与实测相一致.外形上老年期比年轻期椎体具有更向内凹的腰鼓形,小梁骨主要沿主应力即垂直方向排列,只不过,老年期更疏松.是否可以说,采用这种自优化方程与有限元相结合,引入拓扑优化思想,不但能模拟预测骨的外部几何形状和内部组织结构,而且可以模拟其生长过程.尤其值得强调的是实现了外部几何形状的模拟,只有这样才能得以实现生长过程的模拟预测.
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椎体结构生长过程模拟
本文的目的是利用骨自优化理论完成椎体的外形、内部结构及生长过程的模拟.采用了一种新的自优化方程与有限元相结合的方法,引入工程拓扑优化思想,从不确定的外形出发进行模拟;实测了人椎体冠状面的外形及内部结构.预测的结果在外形和内部结构上与实测相一致.外形上老年比年轻时的椎体具有更向内凹的腰鼓型,小梁骨主要沿主应力即垂直方向排列,只不过,老年时更疏松.
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膝内翻引起胫骨平台内侧骨质增生的模拟
关于骨功能适应性,人们做了大量的研究工作.骨质增生是骨功能适应性的极端情况,运用骨功能适应性定量理论研究骨质增生,目前,国内外尚未见报道.我们采用骨自优化理论和有限元方法相结合,依据膝内翻引起胫骨平台内侧骨质增生的生理过程,模拟了胫骨平台内侧的骨质增生.
