基于ANSYS的股骨自适应再造仿真研究

阐述了股骨的自适应再造理论和自适应数值仿真方法。在对股骨的自适应仿真研究中,将股骨的材料看作是具有弹性的连续介质的正交各向异性特性,给出了股骨以应变能密度SED为反馈控制参数的带有死区的非线性的自适应再造数学模型。利用ANSYS平台提供的参数设计语言APDL编写程序实现了股骨再造自适应仿真,仿真结果与临床报道十分接近,说明了仿真数学模型的正确性。

拟骨细胞水平力学感知机理的骨再造自适应法

骨再造自适应法是结合细胞水平的力学感知、传输机理尝试建立的一种符合骨生理特征的骨再造方法。此方法体现了骨内细胞直接或间接接受力学激励的生理过程及骨再造整体调控、局部适应的生理特点。同时把骨结构内最大应变控制在生理限定应变以下 ,以此维持骨组织内部力学环境的稳定。此方法把骨结构宏观上的定量描述建立在细胞水平的力学感知机理的基础上。采用此方法预测一种松质骨结构 ,证实了方法的可行性。

股骨在长期超载和失载情况下的自适应数值分析

研究了成熟股骨通过自适应再造自动更新,自动适应新的载荷的机理,建立了以应变为主参数的自适应再造的生物力学模型。对股骨在失载和超载情况下的骨量流失、骨再造进行了仿真。仿真表明,以均匀应变为目标的自适应,将使股骨外侧弹性模量变低、空隙率变大。同时表明以股骨实际的几何形状的仿真较简化的模型或取一个体单元的仿真更准确,由此表明建立完善的仿真模型对研究的结果的科学性具有重要影响。

不同载荷灵敏度的股骨在全髋置换后的模态变化研究

基于股骨自适应再造理论,对具有不同载荷灵敏度的股骨在全髋置换后的自适应状况进行研究,利用有限元软件ANSYS8.1对不同载荷灵敏度的股骨在全髋置换后自适应再造进行了数值仿真。仿真结果表明,不同载荷灵敏度的股骨在置换后,在相同的载荷变化下和在相同的时间内,股骨的再造程度不同。在这一条件下,自适应再造过程中股骨的刚度、质量都有变化,且变化程度不同。在自适应仿真的基础上,以各时间段的具有不同刚度、质量的仿真模型,对其进行了模态分析,分析结果表明,不同载荷灵敏度的股骨在相同时间内模态变化程度不一样,分析结果表明,在全髋置换后的不同时期内应给予不同步态、步速的运动训练,对不同的患者在手术后的相同时期内也应该给予不同的运动训练。