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航天失重所致骨丟失嚴(yán)重影響著航天員的身體健康，日益受到重視。而大鼠尾部懸吊實(shí)驗(yàn)是地面上研究失重所致骨丟失最廣泛的方法之一，實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常用骨密度(BMD)測(cè)量和力學(xué)測(cè)試等方法進(jìn)行評(píng)估。骨骼的力學(xué)性能主要由骨骼的幾何形態(tài)和材料特性等因素決定的。BMD測(cè)量能夠反映材料特性，但不能完全等同于骨骼的力學(xué)性能。力學(xué)測(cè)試能夠直接反映骨骼力學(xué)性能，但具有破壞性， 難以重復(fù)測(cè)試。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維有限元分析逐漸用于評(píng)估骨骼的力學(xué)性能，它比BMD測(cè)量更能反映骨骼力學(xué)性能，同時(shí)能夠彌補(bǔ)力學(xué)測(cè)試破壞性的不足，不過(guò)三維有限元分析對(duì)于大鼠尾部懸吊實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估能力還需要進(jìn)行深入研究。
由于CT數(shù)據(jù)能夠精確描述骨骼的幾何形態(tài)和材料特性，因此基于CT數(shù)據(jù)可以精確建立骨骼三維有限元模型。本研究基于尾部懸吊大鼠股骨的CT數(shù)據(jù)建立了股骨三維有限元模型，并將有限元分析結(jié)果與前期工作測(cè)量的BMD進(jìn)行了回歸分析，初步研究了基于CT數(shù)據(jù)的三維有限元分析對(duì)于大鼠尾部懸吊實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估能力。、B和C三組大鼠股骨樣本的BMD、S、RS和RT的組內(nèi)均值詳見(jiàn)表。S、RS、T和RT都與BMD呈負(fù)相關(guān)，除RT外其他各個(gè)計(jì)算結(jié)果的變化趨勢(shì)均能與BMD的變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。
航天失重所致骨丟失的機(jī)理目前尚不清楚，但由于骨骼具有重要的生理功能，故失重骨丟失將嚴(yán)重影響航天員的身體健康，因此必須深入研究。不過(guò)由于航天實(shí)驗(yàn)的條件、技術(shù)和成本等因素的限制，失重所致骨丟失只能通過(guò)地面的模擬方法進(jìn)行研究，而大鼠尾部懸吊實(shí)驗(yàn)是最常用的失重模擬方法之一。三維有限元分析比骨密度測(cè)量更能反映骨骼性能，同時(shí)能彌補(bǔ)力學(xué)測(cè)試不可重復(fù)測(cè)試的不足。因此初步研究了三維有限元分析評(píng)估大鼠尾部懸吊實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。
三維有限元分析的結(jié)果是由骨骼的幾何形態(tài)，材料特性和邊界條件所共同決定的。由于CT數(shù)據(jù)骨骼與周圍軟組織對(duì)比度高，能夠精確描述骨骼幾何形態(tài)。而且CT值與骨骼表觀密度具有近似的線性關(guān)系，而骨骼表觀密度與骨骼材料特性存在冪指數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，能夠較精確的描述骨骼的材料特性。因此基于股骨的CT數(shù)據(jù)能夠建立更符合股骨解剖結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，從而保證有限元分析結(jié)果的精確性。由于股骨存在個(gè)體差異性，不同股骨有限元模型的邊界條件設(shè)置存在一定差別，直接比較誤差較大，因此需要建立參考模型用于比較。對(duì)于同一股骨有限元網(wǎng)格，參考模型的幾何形態(tài)和邊界條件與各向同性和正交各向異性模型都相同，而材料特性的設(shè)置情況不同，同時(shí)通過(guò)RS和RT的定義能夠減弱邊界條件差別所帶來(lái)的影響。
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