皮质骨微观结构和骨矿物密度对其力学特性的影响研究

发布时间：2023-11-24 22:41

　　MicroCT凭借高分辨率以及可以在样本不被破坏的情况下观察材料微观结构的特性,在骨骼研究中得到了广泛地应用。松质骨的骨小梁结构被认为同松质骨力学特性有显著相关性,而皮质骨结构更加致密,其微观结构与力学特性的关系尚不明确。高分辨率的microCT可以准确地获取皮质骨内部微观结构参数,因此可以利用此技术研究皮质骨微观结构参数对其力学特性的影响。本文从来自不同个体的10根牛股骨中段的前侧位置制备10个尺寸约为12mm×2mm×0.5mm的长方体试样以5μm的扫描分辨率进行microCT扫描,使用Skyscan CT-analyser软件分析了每个试样的皮质孔隙率、管直径、管间隙、管数量和各向异程度。使用0.25g/cm³和0.75g/cm³两种密度的骨矿物密度校准模型对每个样本的扫描图像进行校准并获取骨矿物密度参数。然后对试样进行加载速率为0.02mm/s的准静态三点弯曲试验获取力-位移曲线,并采用基于特定样本有限元模型的材料参数优化反求方法准确地识别每个试样的弹性模量、切线模量、屈服应力、屈服应变、极限应力、有效塑性应变、弹性吸能、塑形吸能和总...

【文章页数】：71 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
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 MicroCT在松质骨力学特性研究中的应用
        1.2.2 MicroCT在皮质骨力学特性研究中的应用
    1.3 本文的研究目的和意义
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 皮质骨试样的制备、microCT扫描与力学测试
    2.1 骨骼的生物力学特点
    2.2 试验对象的选取、制备与保存
        2.2.1 试验对象的选取
        2.2.2 皮质骨试样的制备
        2.2.3 皮质骨试样的保存
    2.3 影响microCT成像的因素以及皮质骨试样的扫描
        2.3.1 影响microCT成像的因素
        2.3.2 皮质骨试样的扫描
    2.4 骨骼三点弯曲力学试验
    2.5 本章小结
第3章 皮质骨试样的材料参数识别
    3.1 基于梁理论的材料参数识别
    3.2 基于特定样本有限元模型的优化反求
    3.3 材料参数识别方法分析
    3.4 其他材料参数的计算
    3.5 本章小结
第4章 皮质骨微观结构和骨矿物密度的获取
    4.1 图像分割阈值的确定
    4.2 皮质骨微观结构参数统计分析
    4.3 皮质骨骨矿物密度参数统计分析
    4.4 本章小结
第5章 皮质骨微观结构与骨矿物密度对材料参数的影响分析
    5.1 多重线性回归分析方法
    5.2 皮质骨材料参数和微观结构参数、骨矿物密度的回归分析
        5.2.1 弹性模量
        5.2.2 切线模量
        5.2.3 屈服应力
        5.2.4 有效塑性应变
        5.2.5 屈服应变
        5.2.6 极限应力
        5.2.7 弹性吸能、塑性吸能和总吸能
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢



本文编号：3866738