仿生骨骼微观结构建模与性能研究

发布时间：2023-02-18 10:07

　　随着骨组织工程学与快速成型技术的发展,使得利用种子细胞、生物因子和仿生支架构建的组织工程骨支架,成为了治疗大面积骨缺损的最有效途径,其中建立满足不同病例需求的个性化仿生支架是骨组织工程的核心。目前设计并制造出具有合适的仿生程度、生物活性、力学性能的骨支架仍然存在许多难题。本文面向骨组织工程领域,以临床手术实验和策划中使用的仿生支架作为研究对象,展开了以力学性能优化为目标,构建仿生支架内部微观结构模型与评价支架内部微观结构性能等一系列的研究工作。主要研究内容如下:(1)利用约束优化与遗传算法构建了仿生支架的内部微观孔隙结构模型。使用旋转椭球体作为基本单元体,建立了支架孔隙结构的负模型。将求解最优化模型的问题转换成求解非线性约束优化问题的数学模型,并使用改进的遗传算法对模型进行自动求解及优化。在收敛性、全局与局部寻优性、自适应性等方面对算法进行了全面的设计,提升算法的性能与效率。(2)分析了影响微观孔结构性能的因素,提出了以支架孔隙率、孔分布均匀性、孔尺寸均匀性、连通率作为评判支架内部结构性能的标准。基于支架微观孔隙负模型的几何特征,设计了各评判指标的计算方式。根据各项指标对支架综合性能的...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 仿生骨骼支架的研究现状
        1.2.2 快速成型技术在医学领域的研究现状
    1.3 主要研究内容
第2章 仿生骨骼内部微孔结构的构建
    2.1 骨骼微观结构功能分析
    2.2 微观孔隙建模方法
    2.3 微观孔负模型的建立
        2.3.1 单元体模型
        2.3.2 构建微观结构数学模型
    2.4 微观结构负模型的求解
        2.4.1 编码方式
        2.4.2 族群结构
        2.4.3 自适应的适应度函数
        2.4.4 初始族群
        2.4.5 选择算子
        2.4.6 交叉算子
        2.4.7 变异算子
        2.4.8 自适应交叉变异概率
        2.4.9 局部寻优性能的改善
    2.5 算法的实现流程
    2.6 本章小结
第3章 仿生骨骼微孔结构的性能评价
    3.1 微孔结构性能影响因素
    3.2 微孔结构性能的评判标准
        3.2.1 支架的孔隙率
        3.2.2 微观孔分布的均匀度
        3.2.3 微观孔的连通性
    3.3 性能评判标准的计算
        3.3.1 支架孔隙率的计算
        3.3.2 微孔均匀度的计算
        3.3.3 孔道连通率的计算
    3.4 构建目标函数
        3.4.1 指标的权重分配
        3.4.2 支架结构性能指标的权重计算
    3.5 本章小结
第4章 仿生骨骼实体模型的力学性能测试与CAE仿真
    4.1 负模型的输出
    4.2 负模型预处理
    4.3 实体模型的制备
    4.4 力学性能测试分析
        4.4.1 拉伸试验
        4.4.2 压缩试验
        4.4.3 弯曲试验
    4.5 下颚骨CAE仿真分析
    4.6 本章小结
第5章 研究总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 研究工作展望
参考文献
致谢



本文编号：3744757