Моделирование структуры, расчёт напряженно-деформированного состояния, механических свойств костных тканей и управление характеристиками остеоимплантатов

• Автор: Колмакова, Татьяна Витальевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 273 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, СТРОЕНИЕ И СОСТАВ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ
1.1 Механические свойства костных тканей
1.1.1 Влияние влажности костной ткани на ее свойства
1.2 Модели, описывающие зависимость механических характеристик костной ткани от ее структуры и состава..
1.3 Строение и состав кости
1.3.1 Виды костных тканей
1.3.2 Строение компактной костной ткани
1.4 Влияние механической нагрузки на структуру и свойства кости
1.4.1 Ремоделирование костной ткани
1.4.2 Изменение параметров структуры и механических свойств костной ткани в процессе старения организма
1.5 Заключение по главе
2 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ
2.1 Современное состояние дел в области компьютерного моделирования структуры, свойств и напряженно-
деформированного состояния костных тканей
2.2 Физико-механическая модель мезообъема кости

2.2.1 Определение размеров мезообъема кости
2.2.2 Исследование влияния толщины промежуточного слоя
на деформационное поведение мезообъема кости
2.3 Физико-механическая модель микрообъема компактной
костной ткани
2.3.1 Способ компьютерного построения микроструктуры компактной костной ткани на основе реального изображения структуры кости
2.3.2 Оценка применимости подхода компьютерного построения геометрической модели компактной костной ткани на основе ее изображения для расчетов напряженно-
деформированного состояния
2.3.3 Конечно-элементная модель фрагмента компактной костной ткани
2.3.4 Расчет свойств структурных элементов фрагмента компактной костной ткани с учетом ориентации коллагеноминеральных волокон
2.4 Заключение по главе
3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МЕЗООБЪЕМА КОСТИ ПРИ ОСЕВОМ СЖАТИИ
3.1 Исследование напряженно-деформированного состояния мезообъема кости при осевом сжатии
3.2 Исследование влияния плотности и минерального содержания структурных составляющих мезообъема кости на его механическое поведение при осевом сжатии

3.3 Исследование влияния отношения плотностей, минерального содержания и объемов компактного и губчатого слоев мезообъема кости на его механическое поведение при осевом сжатии..
3.4 Исследование влияния модулей упругости структурных составляющих мезообъема кости на его механические характеристики при осевом сжатии
3.5 Заключение по главе
4 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МИКРООБЪЕМА КОМПАКТНОЙ КОСТИ ПРИ ОСЕВОМ СЖАТИИ
4.1 Исследование напряженно-деформированного состояния микрообъемов компактной костной ткани разных типов при осевом сжатии
4.2 Исследование влияния плотности и минерального содержания микрообъема компактной костной ткани на его механические характеристики при осевом сжатии
4.3 Заключение по главе
5 ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕЗООБЪЕМА КОСТИ И МИКРООБЪЕМА КОМПАКТНОЙ КОСТНОЙ ТКАНИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1 Биоматериалы для замещения костных тканей
5.1.1 Биотоксичные материалы
5.1.2 Биоинертные материалы
5.1.3 Биоактивные и биорезорбируемые материалы

Таблица 1.8 - Массовая доля минералов в сухой костной ткани (а) и объемная доля ткани кости (Ув/ V-/)
Источник а Гв/Гт Тип костной ткани
Сиггеу ТО. [109] 0.603-0.678 не определялась кортикальная (бычья)
БсаШег М.В.,Вигг В. В.[110] 0.664-0.723 0.922-0.971 кортикальная (бычья)
Уобє О.Р., КиЬаІа А.Ц111] 0.633-0.709 не определялась кортикальная(человеческая)
0.174-0.662 0.022-0.843 кортикальная и трабекулярная (человеческая)
Кеііег ТДфІб] 0.52-0.662 0.022-0.14 трабекулярная позвонка
0.174-0.662 0.16-0.843 Диафиз/метафиз бедра
Таблица 1.9 — Процентные соотношения компактной и губчатой костных тканей в костях
Вид кости Компактная,% Губчатая,% Литературный источник
Пяточная кость 5 95 [112], [113]
Проксимальный отдел бедра 60 40 [113]
позвоночник - 66 [112]
Поясничный отдел позвоночника 10 90 [113]

Вертел бедренной кости - 50 [112]
Шейка бедра - 25 [112]
Слой компактного вещества имеет 1—2 мм и представляет рыхлую сеть тонких трабекул. V тип — губчатый слой практически отсутствует, а