壓縮載荷下軟骨缺損修復(fù)后力學(xué)狀態(tài)的研究.pdf

1、關(guān)節(jié)軟骨組織內(nèi)無(wú)神經(jīng)、血管、淋巴管，其修復(fù)能力有限，使之成為臨床疾病的好發(fā)部位。目前，軟骨組織工程作為修復(fù)人體軟骨缺損的理想方法已經(jīng)成為骨科研究的熱點(diǎn)，雖然它能在一定程度上消除關(guān)節(jié)的臨床病癥，但由于植入的軟骨組織與周圍的宿主軟骨不能很好的整合，會(huì)引起移植物退化、變性以及宿主軟骨退變等現(xiàn)象，這與力學(xué)狀態(tài)有關(guān)，所以研究植入軟骨的形狀和性能、載荷的特性對(duì)軟骨修復(fù)區(qū)域力學(xué)狀態(tài)的影響有重要的意義。
　　本文以人體的受壓狀態(tài)為研究對(duì)象，借助有

2、限元仿真軟件對(duì)不同影響因素下軟骨修復(fù)區(qū)域的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析。主要內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立壓縮條件下關(guān)節(jié)軟骨的二維有限元模型，模型中考慮到軟骨的兩相結(jié)構(gòu)、黏彈性特征、膠原纖維不同層區(qū)的作用和滲透率的變化等，其中包含完整軟骨、不同缺損截面形狀（矩形、梯形、圓弧形）和修復(fù)深度（淺表層、中間層、深層、全層）軟骨模型。
　　對(duì)于不同缺損截面形狀的軟骨模型，宿主軟骨處進(jìn)行分層處理，每一層看成是橫觀各向同

3、性的，而人工軟骨看成是各向同性材料。并運(yùn)用軟件中的子程序調(diào)用和property模塊，借助fortran語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)滲透壓和孔隙比的定義。在此基礎(chǔ)上，研究缺損截面形狀、修復(fù)深度、人工軟骨彈性模量、泊松比、壓縮量、壓縮速率對(duì)軟骨修復(fù)區(qū)的Mises應(yīng)力、縱向應(yīng)變、孔隙壓力、液體流速和孔隙率的影響。運(yùn)用該軟骨有限元模型模擬其他學(xué)者軟骨的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，模擬顯示與實(shí)驗(yàn)獲得的軟骨力學(xué)性能分布規(guī)律相符，即隨著軟骨深度的增加應(yīng)變減小，這增強(qiáng)了模型的可靠性。<

4、br>　　模擬結(jié)果顯示，缺損截面形狀和修復(fù)深度都會(huì)影響軟骨的力學(xué)性能。矩形修復(fù)截面形狀軟骨的承載能力更高，營(yíng)養(yǎng)傳質(zhì)更充分；當(dāng)缺損在深層區(qū)以上時(shí)，修復(fù)深度越深越不利于軟骨修復(fù)，而當(dāng)缺損深度達(dá)到深層區(qū)時(shí)，全層修復(fù)深度反而更有利于軟骨的修復(fù)。壓縮量和壓縮速率的增加都會(huì)使修復(fù)區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變?cè)黾樱管浌切迯?fù)結(jié)合面處出現(xiàn)應(yīng)力集中，甚至有開裂的危險(xiǎn)。人工軟骨彈性模量的增加則可提高軟骨的承載能力，同時(shí)可減小修復(fù)區(qū)域的變形和流體速度，有利于軟骨中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)