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基于有限元技术的关节模型生物结构力学行为及生物相容性研究

基于实体骨结构构建了基于骨组织结构的生物骨三维模型。对不同位置条件下的骨承载进行了力学分析和细胞生长模型研究。力学仿真结果表明，人体运动状态下关节的应力约为静态下的7-20倍，随着骨密度的降低，骨内应力分布呈U形状态分布。越靠近中心，骨髓腔密度越小，力学信息越弱。孔径越小，与主压力方向越一致，骨连接膜的分布越紧密。当人体处于站立位置时，这意味着身体重力完全作用在半月板上，即软骨处于正压下，软骨的压缩变形可以达到原始状态的40%。该分析表明软骨具有极高的回弹性能。孔中细胞生长的模拟分析结果表明，细胞分裂和增殖的数量和生长方向与孔密度(大小、骨密度)和骨结构的分布以及孔密度分布有关。细胞分裂和增殖结果表明，随着孔径的增大，细胞数量呈先减少后增加再减少的趋势。当孔径与细胞大小近似相等时，细胞分裂增殖性能最差，可能与细胞壁与孔壁的接触特性有关，其粘附性限制了细胞的分裂增殖。当孔径足够大时，细胞分裂和增殖速度变慢。随着细胞数量的不断增加和生长空间的不断缩小，细胞最终接触并融合成一个整体。