可降解支架力学性能对骨修复过程综合作用的仿真研究

摘要

骨组织有着复杂的结构和生理机制，利用可降解支架修复骨骼缺损是一个非常复杂的生理过程，受到生物学机理、力学刺激、营养供给、支架结构、生物材料特性等多重调控和影响。研究多种因素对修复过程的综合影响是单方面因素研究的拓展和延伸，也是实现修复过程控制和优化的准备和前提。
　　本文主要利用计算机模拟，研究支架相关因素对修复过程中骨-支架系统力学性能的综合影响关系，主要工作和成果如下:
　　1.提出了通过支架疏密相间的内部孔隙结构布局来稳定修复过程中骨-支架系统力学性能的思路，并制定了相应的技术路线和仿真方案，同时根据研究需要对Abaqus有限元软件进行了二次开发。
　　2.构建了基于胞元的利用可降解支架修复骨缺损过程的有限元仿真模型，主要包含骨成形控制方程、支架降解控制方程、骨-支架耦合关系、系统整体力学性能评估等基本数学模型，并实现了相邻单元的判别、过程参数的动态实时描述及记录等关键技术。
　　3.实现了仿真的批量化参数分析，重点讨论了支架孔隙疏密程度与材料强度的配比关系及支架均匀结构与疏密相间结构的对比，初步得到了较合理的参数取值区域及组合，并以此总结了骨组织工程支架设计注意问题及对制作工艺的要求。
　　基于以上工作，本文初步证实了利用支架疏密相间的内部孔隙结构布局来稳定修复过程中骨-支架系统力学性能的思路的可行性，进一步的研究需要通过细胞培养和动物实验进行验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．3 研究多因素综合影响的必要性

1．4 本文研究问题

1．5 论文框架

第2章 对支架性能综合影响进行仿真的研究方案

2．1 支架结构和材料特性影响修复过程

2．2 稳定骨-支架系统力学性能的思路

2．3 技术路线

2．4 仿真方案

2．5 Abaqus软件及其用户子程序介绍

2．6 本章小结

第3章 有限元仿真模型构建

3．1 胞元的定义及应用

3．1．1 同类孔隙结构的胞元表达

3．1．2 各类参数在胞元中的反映

3．2 基本数学模型

3．2．1 骨成形控制方程

3．2．2 支架降解控制方程

3．2．3 骨-支架耦合关系

3．2．4 系统整体力学性能的评估

3．3 仿真关键技术介绍

3．3．1 相邻单元的判别

3．3．2 过程参数的动态实时描述及记录

3．4 实例应用

3．5 本章小结

第4章 基于虚拟实验平台的仿真试验

4．1 试验方案

4．2 批量试验模式

4．3 数据

4．4 本章小结

第5章 结果与讨论

5．1 支架孔隙疏密程度与材料强度的配比关系分析

5．2 支架均匀结构与疏密相间结构的对比分析

5．3 骨组织工程支架设计注意问题及对制作工艺的要求

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

附录

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果