软骨缺损修复的有限元模拟及滚压装置的设计

发布时间：2021-08-09 06:26

　　关节炎或运动损伤通常引起关节软骨的退化和缺损,导致患者行动不便甚至关节致残。骨头断了可以再生愈合,软骨损伤了却不能自己修复。研究者尝试各种办法修复损伤或再生软骨,目前组织工程成为一种理想的生物学修复方法,正走向临床。理论和实验研究表明软骨对力学刺激非常敏感,适当的力学刺激能够促进软骨的生长发育,维护软骨的结构和功能。但组织工程修复关节软骨缺损时的力学状态无法通过实验或现有的测量手段获得,这给最终修复结果带来了更大的不确定性。此外,现有生物反应器培养出的人工软骨力学功能不足,限制了临床软骨缺损修复的进展。本文依据膝关节软骨生理结构和受力形式,借助有限元仿真技术和计算机三维设计工具,综合生物学理论、组织器官体外培养的工程学理论、材料力学、理论力学、机械原理和机械设计,对组织工程修复软骨缺损后缺损处软骨应力分布的影响因素进行了较全面的研究,并首次提出用于构建功能化软骨的滚动-滑动速度可调的滚压加载生物反应器,工作的主要内容及结果包括:1.从膝关节软骨受力的最小单元出发,建立软骨缺损修复的滚压加载有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对缺损处人工软骨和宿主软骨的应力分布进行仿真分析,探索人工软... 

【文章来源】：天津理工大学天津市

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

软骨组织工程修复缺损的过程

图 1-2 软骨组织工程化培养的四种因素人工软骨也需要合适的力学环境，生物反应器设计的目的就的物理、化学条件，促使工程化组织的生长、发育，并获得能[3]。生物反应器是培养修复缺损所用人工软骨的必要条件软骨构建中发挥了重要作用。境对关节软骨的影响骨位于股骨和胫骨的表面，具有一定的弹性，起到增大承重此外，由于滑液的营养和润滑，关节软骨对关节内的运动还骨在人一生的运动中扮演了重要角色。能影响细胞、组织、器官的生物活动，同时对细胞因子分泌影响[4]。作为人体支架不可缺少的一部分，软骨组织有力学、维持正常生理功能都需要载荷的作用。在体研究表明，制的受力状态都会引起细胞结构功能的变化和软骨结构的退化影响。

图 1-3 去活性软骨环(A,C)，活性软骨环(B,D)，体外培养4 周(A,B)，体外培养 8 周(C,D)切片染色观察，标尺：1.0mmCharles W. Archer 等，研究了软骨修复过程中的组织整合问题（图 1-4），并分析深度外植体平面型和锯齿形损伤断面对细胞活性的影响[11]。上海第九人民医院的ui 等，采用脂肪干细胞装入聚羟基乙酸支架移植的方法（图 1-5），研究了非负重区软骨缺损的修复情况[12]。

【参考文献】：
期刊论文
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[7]力学生物学在骨与软骨研究中的应用[J]. 戴尅戎.  中华骨科杂志. 2006(06)
[8]软骨组织工程生物反应器的研究进展[J]. 吕晓杰,周广东,曹谊林.  国际生物医学工程杂志. 2006(02)
[9]关节软骨两相多孔介质非线性模型的有限元方法[J]. 刘馨燕,严波,刘海京.  应用力学学报. 2004(02)
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本文编号：3331555