收藏本站
《天津理工大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

关节软骨缺损修复整合的有限元仿真及其力学实验

赵海生  
【摘要】:关节软骨缺损已经成为临床上较为常见的疾病,有较高的发病率,不及时治疗可能会使缺损继续扩大,最后导致骨关节炎症,关节不能运动,甚至残疾,给患者带来极大的痛苦。由于软骨组织工程能够提高软骨植入修复质量并能保持较长的修复效果,成为了临床医学的研究热点。然而,若是植入的组织工程软骨没有整合或者部分整合到宿主软骨,这将改变膝关节的生物力学环境,导致修复区域的力学状态出现问题,可能直接损伤细胞或影响软骨细胞基质的正常生成,阻碍软骨缺陷部位的再生,最后导致移植失败。所以研究缺损软骨修复过程中整合区域的力学环境并确定适宜整合的人工软骨是非常重要的。本文有限元模拟部分建立ABAQUS的固液相的二维有限元模型,包括软骨的多孔及黏弹性特征、不同层区的不同材料属性等。由模拟结果对比分析不同材料属性的人工软骨、不同压缩量以及有无整合对修复区域力学状态的影响。实验部分制作了缺损软骨和人造人工软骨,并放置在力学试验机上进行压缩加载实验,通过CCD相机捕捉图像并分析数据,研究有无整合和压缩量对于修复区域应变分布的影响。由结果显示结合面有整合对比无整合有较好的力学环境。在无整合时结合面出现了开裂,结合面两侧会产生相对滑移,孔隙压力略高,开裂处出现流速过快等现象。且表层的相对滑移最大,宿主软骨在和人工软骨结合的区域发生了应力集中。人工软骨弹性模量过高或者过低都不适合移植,与宿主软骨中层相近时拥有较好的力学性能。压缩量的增加对结合面的影响最大,加剧了结合面的应力集中和开裂等现象,也不利于营养物质的相互传送。临床治疗中尽量选择与宿主软骨相近性能的人工软骨进行移植修复,并且在移植后避免做过于剧烈的运动。由于软骨缺损修复的过程中修复区域的力学状态将影响修复结果,结合面整合状态的力学状态差异较大,临床修复应关注此方面问题。
【关键词】:关节软骨缺损 结合面 有限元法 整合实验
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB115;R681.3
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-8
  • 第一章 绪论8-16
  • 1.1 课题背景及研究目的与意义8-9
  • 1.2 关节软骨缺损修复的国内外研究现状9-14
  • 1.2.1 有限元仿真的研究进展9-12
  • 1.2.2 实验方面的研究进展12-14
  • 1.3 本论文的研究内容、特点及创新点14-16
  • 1.3.1 研究内容14-15
  • 1.3.2 特点及创新点15-16
  • 第二章 关节软骨缺损修复模型的建立16-22
  • 2.1 ABAQUS有限元分析软件简介16-17
  • 2.2 有限元模型建立17-20
  • 2.2.1 建立缺损软骨修复几何模型17-18
  • 2.2.2 材料参数的选取18
  • 2.2.3 黏弹性参数的导入18-20
  • 2.2.4 网格划分20
  • 2.2.5 设定载荷及边界条件20
  • 2.3 有限元模型的验证20-21
  • 2.4 本章小结21-22
  • 第三章 有限元仿真结果及分析22-34
  • 3.1 Mises应力22-26
  • 3.1.1 不同人工软骨弹性模量对Mises应力影响22-25
  • 3.1.2 不同压缩量对Mises应力的影响25-26
  • 3.2 沿软骨厚度方向应变26-28
  • 3.2.1 不同人工软骨弹性模量对厚度方向应变影响26-27
  • 3.2.2 不同压缩量对厚度方向应变的影响27-28
  • 3.3 孔隙压力28-30
  • 3.3.1 不同人工软骨弹性模量对孔隙压力的影响28-29
  • 3.3.2 不同压缩量对孔隙压力的影响29-30
  • 3.4 孔隙流体速度30-33
  • 3.4.1 不同人工软骨弹性模量对孔隙流体速度的影响30-31
  • 3.4.2 不同压缩量对孔隙流体速度的影响31-33
  • 3.5 本章小结33-34
  • 第四章 修复区域结合面整合情况的力学实验34-45
  • 4.1 结合面整合实验的设计思路34-35
  • 4.1.1 数字图像相关技术的介绍34-35
  • 4.1.2 实验设计思路35
  • 4.2 实验材料及设备35-39
  • 4.2.1 实验材料的制备35-38
  • 4.2.2 实验设备38-39
  • 4.2.3 压缩实验39
  • 4.3 实验结果及分析39-44
  • 4.3.1 结果分析39-43
  • 4.3.2 实验结果与仿真结果对照43-44
  • 4.4 本章小结44-45
  • 第五章 总结与展望45-47
  • 5.1 全文总结45-46
  • 5.2 前景展望46-47
  • 参考文献47-50
  • 发表论文和科研情况说明50-51
  • 致谢51

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨亚冬;张文元;陈勇;;关节软骨缺损修复治疗的研究进展[J];中国骨与关节损伤杂志;2007年01期
2 毛洪刚;;关节软骨的功能特征及治疗关节软骨缺损的研究进展[J];临床合理用药杂志;2012年09期
3 李宁,谢兴文,宋敏,李振宇;移植法修复关节软骨缺损的研究进展[J];甘肃中医学院学报;2001年04期
4 崔春爱;修复关节软骨缺损的研究进展[J];延边大学医学学报;2003年03期
5 蒋宜伟,宋敏,史达;关节软骨缺损的基因治疗研究进展[J];颈腰痛杂志;2004年01期
6 马树强;移植法修复关节软骨缺损的研究进展[J];陕西医学杂志;2004年03期
7 王刚,刘一,单玉兴,徐莘香;不同应力环境对兔骨髓间充质干细胞修复关节软骨缺损的影响[J];中国修复重建外科杂志;2004年02期
8 朱国华,齐新生;关节软骨缺损修复的实验与临床[J];中国骨伤;2004年05期
9 范东伟,许建中;细胞移植修复关节软骨缺损的研究进展[J];国外医学.骨科学分册;2004年02期
10 党传鹏,李西海;关节软骨缺损的修复重建[J];锦州医学院学报;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 于长隆;王梅;;硅橡胶修补关节软骨缺损的实验研究[A];2002年第9届全国运动医学学术会议论文摘要汇编[C];2002年
2 蒋宜伟;宋敏;史达;;关节软骨缺损的基因治疗研究进展[A];第11届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2003年
3 张文元;杨亚冬;房国坚;陈勇;;骨髓间充质干细胞移植修复兔关节软骨缺损及其新生组织来源研究[A];第二届中国医学细胞生物学学术大会暨细胞生物学教学改革会议论文集[C];2008年
4 段小军;杨柳;戴刚;左镇华;;采用细胞移植策略修复关节软骨缺损的临床应用进展[A];第十八届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2011年
5 柏涛;舒军;;兔自体细胞-载体复合物修复关节软骨缺损的实验研究[A];玉溪市第三届骨科学术研讨会论文汇编[C];2007年
6 戴雪松;吴立东;俞学中;何荣新;王祥华;严世贵;;基质诱导的自体软骨细胞移植治疗青少年膝关节软骨缺损[A];浙江省医学会骨科学分会30年庆典暨2011年浙江省骨科学学术年会论文汇编[C];2011年
7 张述卿;刘海英;董黎敏;张春秋;;组织工程修复关节软骨缺损的力学环境研究[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
8 张玉富;王常勇;夏仁云;郭希民;段翠密;赵强;董灵芝;;β-磷酸三钙为支架的组织工程化软骨修复羊关节软骨缺损[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
9 王秋根;;低强度脉冲式超声波促进兔关节软骨缺损修复的实验研究[A];泛长江流域骨科新进展暨第九届全国骨科护理研讨会论文汇编[C];2007年
10 毕荣修;张兆国;;关节止痛胶囊对骨髓基质干细胞凝胶复合体修复兔膝关节软骨缺损的影响[A];第十九届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 铁楷;尼古丁对骨髓间充质干细胞修复关节软骨缺损的干预作用及机制研究[D];武汉大学;2015年
2 崔玉明;组织工程化软骨修复兔关节软骨缺损及其相关研究[D];第四军医大学;2004年
3 龙华;腺病毒介导促软骨生长因子基因转染兔自体骨髓基质干细胞修复关节软骨缺损的实验研究[D];第四军医大学;2004年
4 吴剑宏;三维培养兔自体关节软骨细胞修复关节软骨缺损的实验研究[D];第二军医大学;2007年
5 贾艳辉;人脐带间充质干细胞复合软骨细胞外基质支架修复兔膝关节软骨缺损[D];中国人民解放军医学院;2013年
6 刘洋;新型双相生物材料替代关节软骨缺损的实验研究[D];四川大学;2007年
7 张颖;胶原蛋白支架复合自体BMSCs修复关节软骨缺损动物实验研究[D];第三军医大学;2011年
8 吕昌伟;三维诱导分化自体骨髓间充质干细胞修复关节软骨缺损的相关实验研究[D];第四军医大学;2004年
9 宋之明;转基因同种异体组织工程软骨修复兔膝关节软骨缺损的实验研究[D];吉林大学;2007年
10 扶晓明;BMSCs-庆大霉素—藻酸钙三维缓释微球修复兔膝关节软骨缺损的实验研究[D];第二军医大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙树金;可自募集TGF-β的水凝胶应用于兔膝关节软骨缺损的实验研究[D];苏州大学;2016年
2 唐洪;自体软骨微粒复合仿生凝胶修复局灶性关节软骨缺损研究[D];第三军医大学;2016年
3 赵海生;关节软骨缺损修复整合的有限元仿真及其力学实验[D];天津理工大学;2017年
4 李钊;骨折后胚芽修复关节软骨缺损的实验研究[D];中国人民解放军第四军医大学;2003年
5 杨劲松;兔骨髓间充质干细胞自体移植修复关节软骨缺损的初步研究[D];广西医科大学;2004年
6 代振动;自体骨髓间充质干细胞移植修复兔膝关节软骨缺损的实验研究[D];郑州大学;2004年
7 柏涛;组织工程修复关节软骨缺损的实验研究[D];昆明医学院;2006年
8 李爱国;兔骨髓基质干细胞诱导分化修复膝关节软骨缺损[D];暨南大学;2004年
9 张柏青;多种材料修饰脱细胞真皮基质胶原膜修复关节软骨缺损的实验研究[D];河北医科大学;2008年
10 胡炜;自体骨髓间充质干细胞复合胶原材料修复狗关节软骨缺损的实验研究[D];四川大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026