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骨质疏松症骨损伤破坏力学行为的研究

松质骨,三元框架,骨流失,微结构,损伤与断裂,轴向优势

围绕“发展生物力学，造福人类健康”的宗旨，近年来本课题组和临床医生密切合作，开展了骨质疏松症病患松质骨力学性能劣化描述的新框架和临床影像诊断新指标的研究。借鉴复合材料力学理论，我们提出了“骨量—微结构—骨组织材料”的三元框架刻画骨质疏松症病患松质骨力学性能的劣化，以弥补现有“骨量-骨质量”二元框架中“骨质量”概念模糊的不足。结合Micro-CT、数字化建模技术和有限元模拟解耦地研究厘清了三元素对不同健康状态疏松骨力学损伤破坏力学行为的影响规律：微结构决定着疏松骨等效力学性能的各向异性特征，健康微结构具有和承载功能匹配的轴向优势特征；单一骨量的变化对等效力学性能的大小有显著影响，模量、破坏强度和韧性与骨体积分数间呈二次函数关系；骨组织材料性能的变化对等效力学性能有相对轻微的影响，模量、破坏强度和韧性与组织性能间呈线性函数关系。在此基础上，提出了轴向优势的力学参数来表征疏松骨微结构的健康状态，作为骨密度指标的有效补充，具有临床应用潜力。