皮质骨微观结构和骨矿物密度对其力学特性的影响研究

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1、学校代号10532学号S1502W0225分类号U461.91密级公开工程硕士学位论文皮质骨微观结构和骨矿物密度对其力学特性的影响研究学位申请人姓名翟乃川培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称张冠军助理教授吴朴高级工程师学科专业车辆工程研究方向汽车安全论文提交日期2018年4月23日学校代号：10532学号：S1502W0225密级：公开湖南大学工程硕士学位论文皮质骨微观结构和骨矿物密度对其力学特性的影响研究学位申请人姓名：翟乃川导师姓名及职称：张冠军助理教授吴朴高级工程师培养单位：机械与运载工程学院专业名称：车辆工程论文提交日期：2018年04月23日论文答辩日期：

2、2018年05月18日答辩委员会主席：刘敬平教授EffectofMicrostructureandBoneMineralDensityonMechanicalPropertiesofCorticalBoneByZhaiNaichuanB.E.(ShandongUniversityofTechnology)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringInVehicleEngineeringintheGraduateSchoolofHun

3、anUniversitySupervisorAssistantProfessorZHANGGuanjunSeniorEngineerWUPuApril,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年05月23日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同

4、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密√□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：2018年05月23日导师签名：日期：2018年05月23日I皮质骨微观结构和骨矿物密度对其力学特性的影响研究摘要MicroCT凭借高分辨率以及可以在样本不被破坏的情况下观察材料微观结构的特性，在骨骼研究中得到了广泛地应用。松质骨的骨小梁结构被认

5、为同松质骨力学特性有显著相关性，而皮质骨结构更加致密，其微观结构与力学特性的关系尚不明确。高分辨率的microCT可以准确地获取皮质骨内部微观结构参数，因此可以利用此技术研究皮质骨微观结构参数对其力学特性的影响。本文从来自不同个体的10根牛股骨中段的前侧位置制备10个尺寸约为12mm×2mm×0.5mm的长方体试样以5μm的扫描分辨率进行microCT扫描，使用SkyscanCT-analyser软件分析了每个试样的皮质孔隙率、管直径、管间隙、管数33量和各向异程度。使用0.25g/cm和0.75g/cm两种密度的骨矿物密度校准模型对每个样本的扫描图像进行校准并获取骨矿

6、物密度参数。然后对试样进行加载速率为0.02mm/s的准静态三点弯曲试验获取力-位移曲线，并采用基于特定样本有限元模型的材料参数优化反求方法准确地识别每个试样的弹性模量、切线模量、屈服应力、屈服应变、极限应力、有效塑性应变、弹性吸能、塑形吸能和总吸能。以皮质骨微观结构参数和骨矿物密度为自变量，以优化方法获取的材料参数为因变量，采用多重线性回归分析方法研究骨微观结构和骨矿物密度对骨骼力学特性的影响。22统计结果表明，管间隙同屈服应力（R=57.1%）以及极限应力（R=61.2%）2表现出较强的正相关性，和弹性吸能也表现出正相关性（R=44.9%）；皮质孔隙2率和塑性吸能表

7、现出一定的负相关性（R=42.3%）；而管数量同切线模量表现出2较强的负相关性（R=53.6%）；此外，管间隙和骨矿物密度的回归模型表现出和2弹性模量较强的正相关趋势（R=82.9%，p=0.106），但是需要更多样本的统计分析结果进行证明。综上所述，皮质骨微观结构参数如皮质孔隙率、管间隙、管数量表现出同骨骼材料参数具较强的相关性，因此在建立材料参数的回归模型时可以考虑微观结构参数对材料参数的影响。关键词：生物力学；microCT；皮质骨；微观结构；骨矿物密度II工程硕士学位论文AbstractMicroCThasbeenwidelyus