皮質(zhì)骨
關注創(chuàng)建者：Flower_8441 創(chuàng)建時間：2020-05-01
皮質(zhì)骨的實例教程
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項目背景
隨著年齡的增長，骨量會逐漸減少，骨骼失去了鈣和其他礦物質(zhì)，變得更輕，密度更小，氣孔也更多。伴隨著這一過程的持續(xù)，我們的骨骼變得越來越脆弱，也進一步增加了骨折的風險。當骨密度(BMD)，即單位體積骨骼中礦物質(zhì)的濃度低于臨界值時，就被稱為骨質(zhì)疏松癥。
目前，醫(yī)生通過測量骨密度，結合各種方法，如CT掃描或X光的身體檢查和其他生理參數(shù)，如性別、年齡、體重等來評估骨折風險。這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
項目挑戰(zhàn)
骨質(zhì)疏松癥的治療是復雜、費力、昂貴的，患者也將面臨副作用的風險。目前診斷骨折風險的方法不夠精確，這意味著可能有許多患者在骨折風險很低的情況下依然接受了此類治療。所以醫(yī)療專業(yè)人員需要更準確的方法來確定骨折風險，該方法應考慮患者的個體特征，以評估各種可能治療的潛在回報和風險。
Infosys團隊由高級工程小組首席顧問Datatraya Parle和工程分析師Anirudha Ambulgekar組成，他們與印度孟買的放射科醫(yī)生Ketan Gaikwad博士合作，目標是利用計算技術模擬椎骨結構中實際發(fā)生的生物力學變化，以量化骨折的風險，這個項目的目標也是利用機械工程的一些最佳實踐來解決生物醫(yī)學工程中的問題。
解決方案
Infosys團隊利用計算機輔助設計（CAD）和有限元分析（FEA）工具開發(fā)了一種解決方案，以研究椎骨的力學特性，同時考慮了各種因素，如皮質(zhì)骨/松質(zhì)骨的形狀、密度分布以及骨組織和孔隙度的其他材料特性。
展開 這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
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項目挑戰(zhàn)
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骨質(zhì)疏松癥的治療是復雜、費力、昂貴的，患者也將面臨副作用的風險。目前診斷骨折風險的方法不夠精確，這意味著可能有許多患者在骨折風險很低的情況下依然接受了此類治療。所以醫(yī)療專業(yè)人員需要更準確的方法來確定骨折風險，該方法應考慮患者的個體特征，以評估各種可能治療的潛在回報和風險。
展開 這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
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項目挑戰(zhàn)
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骨質(zhì)疏松癥的治療是復雜、費力、昂貴的，患者也將面臨副作用的風險。目前診斷骨折風險的方法不夠精確，這意味著可能有許多患者在骨折風險很低的情況下依然接受了此類治療。所以醫(yī)療專業(yè)人員需要更準確的方法來確定骨折風險，該方法應考慮患者的個體特征，以評估各種可能治療的潛在回報和風險。
展開 牙槽骨隱形矯治器結構分析 ￥100
將皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、左側上頜第一磨牙、牙周膜、附件和隱形矯治器的幾何模型導入有限元軟件nsys workbench 16.0 (Swanson Analysis System Co.,Houston, TX, 美國)中，生成有限元模型并進行網(wǎng)格劃分。
接觸條件： 將以下結構的接觸面在AnsysWorkbench 16.0 中建立固定連接: 皮質(zhì)骨-松質(zhì)骨、牙周膜-牙槽骨、牙-牙周膜和牙-附件。隱形矯治器與牙冠和附件表面的接觸參照研究設定為摩擦接觸，摩擦系數(shù)為0.2。
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皮質(zhì)骨的最新內(nèi)容
這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
項目挑戰(zhàn)
骨質(zhì)疏松癥的治療是復雜、費力、昂貴的，患者也將面臨副作用的風險。
這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
這些診斷方法主要是定性的，沒有考慮到椎骨的各種力學因素，如形狀、皮質(zhì)骨厚度、皮質(zhì)骨的密度分布(椎骨的外部區(qū)域)、松質(zhì)骨的密度分布(椎骨的內(nèi)部區(qū)域)、骨組織的材料特性等。
將皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、左側上頜第一磨牙、牙周膜、附件和隱形矯治器的幾何模型導入有限元軟件nsys workbench 16.0 (Swanson Analysis System Co.,Houston, TX, 美國)中，生成有限元模型并進行網(wǎng)格劃分。
接觸條件： 將以下結構的接觸面在AnsysWorkbench 16.0 中建立固定連接: 皮質(zhì)骨-松質(zhì)骨、牙周膜-牙槽骨、牙-牙周膜和牙-附件。
Chen[3]報道了一種熱固性的生物聚合物，用作DIW的粘合劑制備出多孔鈦人工骨支架，該支架表現(xiàn)出類似于人皮質(zhì)骨的有效楊氏模量（20.2 GPa），減輕了不良的應力屏蔽作用，并具有超高的強度（σ= 340 MPa）。
三、分析過程：
設置條件：設定皮質(zhì)骨、韌帶及軟骨的楊氏模量分別為17 000，48，15 MPa，泊松比分別為0.3，0.3，0.46 μ。采用四面體單元(Solid185)，分別進行有限元網(wǎng)格劃分，以桿單元建立肘關節(jié)內(nèi)側副韌帶和外側副韌帶模型。
鎂合金材料因彈性模量與皮質(zhì)骨相近，可消除應力遮擋效應，同時可體內(nèi)降解并被人體安全吸收代謝而避免了二次手術等優(yōu)點，被譽為“新一代革命性的金屬生物材料”。
圖 2 CF/PEEK 復合材料在不同溫度下的應力-應變曲線
近幾年對PEEK的研究主要集中在醫(yī)療器械方面，這主要是由于PEEK的彈性模量約為3～4 GPa，與純鈦（110 GPa）相比，更接近骨組織的彈性模量（松質(zhì)骨3.2～7.8 GPa，皮質(zhì)骨
但問題在于鈦的剛度是股骨皮質(zhì)骨的6.5倍，當一個鈦合金的植入體被植入到患者體內(nèi)，自然骨骼的載荷分配發(fā)生了改變（自然骨受到的載荷變小了）產(chǎn)生了應力遮擋。正如沃爾夫定律，骨骼根據(jù)它所經(jīng)歷的載荷自身進行重建。由于伴隨著鈦合金植入體載荷減小了，骨骼實際上失去了質(zhì)量，骨吸收產(chǎn)生了，那時，骨折，錯位和松動就會產(chǎn)生。
（3）為了簡化模型，學者們一般都假定骨骼材料是各向同性的，特別是皮質(zhì)骨，盡管各向同性的設置在簡化模型、提高效率方面是有益的，但這也會產(chǎn)生與各向異性材料不同的結果。
本文參考文獻：
Takabi, B. and B. L. Tai (2017).
