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胞元模型在骨组织建模中的应用及评价

发布时间:2018-01-13 10:05

  本文关键词:胞元模型在骨组织建模中的应用及评价 出处:《机械工程学报》2015年11期  论文类型:期刊论文


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【摘要】:针对去软组织骨生物力学建模问题,采用有限元仿真手段通过股骨CT体数据集三维几何重建、网格划分、股骨表观密度计算、有限元单元横观各项同性力学模型建立、力学参数确定等几个步骤实现对股骨的力学建模和解算。其中,最关键的工作是力学参数确定,尤其是弹性模量和表观密度关系式的建立。依据胞元理论建立了弹性模量和表观密度的分段函数关系,最终获得股骨力学模型并通过仿真计算得到载荷-轴向应变和载荷-横向应变数据。同时,也基于弹性模量和表观密度经验关系式建立力学模型并进行分析计算提取仿真结果,通过实施生物力学试验提取试验结果,将两种仿真结果与试验结果对比得出:同一块猪股骨,在相同力学环境下,胞元理论力学模型与试验结果轴向应变误差为25.92,横向应变误差为10.04,两种误差均小于经验公式力学模型仿真结果误差,因此,胞元理论力学模型在股骨建模中表现出模型更精确、适用范围更广泛的优势。
[Abstract]:Aiming at the modeling of bone biomechanics with soft tissue removal, finite element simulation was used to reconstruct the 3D geometry of femoral CT volume data set, mesh division, and calculate the apparent density of femur. The modeling and calculation of femur mechanics are realized in several steps, such as the establishment of isomechanical models and the determination of mechanical parameters of finite element elements. Among them, the most important work is the determination of mechanical parameters. In particular, the relationship between elastic modulus and apparent density is established, and the piecewise function relationship between elastic modulus and apparent density is established based on cell theory. Finally, the mechanical model of femur is obtained and the load-axial strain and load-lateral strain data are obtained by simulation. Based on the empirical relationship between elastic modulus and apparent density, the mechanical model was established and the simulation results were analyzed and calculated. The results were extracted by biomechanical experiments. By comparing the two simulation results with the experimental results, it is concluded that under the same mechanical environment, the axial strain error between the cellular theoretical mechanical model and the experimental results is 25.92. The lateral strain error is 10.04, both errors are smaller than the error of the simulation results of empirical formula mechanics model, therefore, the cellular theoretical mechanical model is more accurate in femur modeling. The advantages of a wider range of applications.
【作者单位】: 哈尔滨理工大学机器人研究所;
【基金】:国家自然科学基金(61272387) 教育部新世纪人才(NCET-13-0756) 黑龙江省杰出青年基金(JC201302)资助项目
【分类号】:R318
【正文快照】: 0前言1股骨是由羟磷灰石和胶原纤维组成的复合材料,具有特殊的力学性能。羟磷灰石沿轴向的弹性模量为165 GPa,与常用的金属材料相当,胶原纤维不严格遵从胡克定律,其切变模量约为1.24 GPa。股骨的弹性模量介于羟磷灰石和胶原纤维之间,但其材料的力学性能比二者都要好[1]。由于

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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3 彭若龙;钱梦

本文编号:1418412


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