影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标

背景:基于Micro-CT微有限元可以研究骨小梁在载荷下的力学响应,通常认为在动物骨小梁标本上骨体积分数是决定骨小梁抗压缩能力的最重要指标,但在微有限元模型中,导致应力集中或决定最大应力的骨微结构指标尚不明确。目的:探究影响骨小梁微有限元模型最大应力的骨微结构指标。方法:获取10只正常大鼠双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微观结构指标,比较双侧感兴趣区域骨小梁差异性;构建20个骨小梁微有限元模型并对模型进行加载,以微有限元模型中应力值最大的前5%,2%,1%,0.5%个单元的应力平均值作为最大应力值,根据模型应力、应变验证模型的真实可靠性;最后,以最大应力值为因变量,感兴趣区域骨小梁微观结构指标为自变量,通过多元线性逐步回归法挖掘影响骨小梁微有限元模型最大应力的关键影响因素。结果与结论:双侧股骨干骺端感兴趣区域骨小梁微结构存在同质性(P> 0.05),进而对数据进行合并;20个骨小梁微有限元模型平均单元数232813,节点数60682;前5%,2%,1%,0.5%个单元应力平均值分别为31.91,41.96,50.86,61.23MPa,平均有效应变为3.28%;多元线性逐步回归分析结果提示骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型最大应力的最重要的骨微结构指标(P <0.001,R^(2)=0.807)。提示:骨小梁结构模型指数是影响骨小梁微有限元模型应力集中的最重要骨微结构指标,骨小梁结构模型指数值越大,杆状骨小梁越多,应力集中范围越大。