几何特征对长骨生物力学响应的影响

崔世海; 张城铭; 李海岩; 吕文乐; 阮世捷

doi:10.13364/j.issn.1672-6510.20240042

天津科技大学学报 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (6) : 67 -75. DOI: 10.13364/j.issn.1672-6510.20240042

几何特征对长骨生物力学响应的影响

崔世海, 张城铭, 李海岩, 吕文乐, 阮世捷

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摘要

基于符合中国第50百分位男性体征的志愿者下肢计算机断层扫描(CT)图像建立下肢长骨有限元模型，并参考尸体长骨动态三点弯曲实验进行实验重构，验证了该模型的有效性。基于开发的模型，研究几何长度、长骨类型和建模中是否考虑骨髓等对长骨生物力学响应的影响。结果表明：与第5百分位女性下肢长骨相比，更长、更粗壮的第50百分位男性长骨在受到冲击时拥有更好的韧性。同时，由于长骨两端相较于中心部位更为宽厚且长骨中部截面类似于三角形，在受到冲击时会出现应力集中现象，因此长骨两端相较于中心处承受冲击的能力更强，比胫骨、下肢长骨中股骨承受冲击的能力更好，强度最高。相较于骨髓腔采用松质骨填充的实心结构股骨模型，中空结构的股骨模型承受冲击的能力较弱，但其韧性较好。在未来模型构建过程中需考虑骨髓对长骨生物力学响应的影响。