全身低载高频振动参数交互作用下松质骨力学行为的模拟研究

• Published in: 医疗卫生装备 Vol. 45; no. 7; pp. 17 - 23
• Main Authors: 李明志, 刘海英, 李胜刚, 张春秋
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心,天津 300384 2024; 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室,天津 300384
• Subjects: 有限元模型; 骨质疏松; low-magnitude high-frequency vibration; LMHFV; finite element model; 松质骨; osteo-porosis; cancellous bone; 力学行为; mechanical behavior
• ISSN: 1003-8868
• DOI: 10.19745/j.1003-8868.2024125

R318; 目的:研究在全身低载高频振动(low-magnitude high-frequency vibration,LMHFV)参数交互作用下松质骨的力学行为,以为临床治疗废用性骨质疏松提供理论指导.方法:选取股骨中段松质骨通过Mimics软件进行三维重建,并将其导入Comsol软件中建立三维流固耦合有限元模型.设定12种振动方案(振动加速度幅值a为0.015×g、0.02×g、0.03×g,振动频率f为30、45、60、100 Hz)进行模拟研究,分析LMHFV参数交互作用下松质骨的流体力学微环境、应力及变形位移的分布规律.结果:骨小梁表面骨髓流速及其变形位移随a增加而增大,随f增加而减小.在振动方案(0.015×g/0.02×g/0.03×g,30 Hz)下,骨小梁产生的变形位移平均值较高.在LMHFV参数范围(0.02×g～0.03×g,30～35 Hz)内,骨小梁的von Mises应力值较高.结论:全身LMHFV可显著改善松质骨的受力及流体力学环境,临床上可通过合理调控LMHFV参数来提高力介导的成骨细胞生物活性,进而促进骨生成.