用于椎体成形术的连续介质力学多孔介质模型：数值模拟与实验验证
流体动力学
2023-05-15 v2
摘要
椎体成形术的结果难以预测，因其依赖于骨水泥和骨髓流变学等复杂因素。若操作有误可能发生骨水泥渗漏，潜在引起不良并发症。可靠的仿真可在术前预测患者特异性结果并避免骨水泥渗漏风险。因此，本工作的目的是引入一种计算可行且经实验验证的模型来模拟椎体成形术。所开发的模型是基于多孔介质理论的宏观尺度多相连续介质力学模型。相关控制方程通过所谓的 Box 离散化采用有限元-有限体积结合方法进行离散。使用了三种不同的流变学升尺度方法进行比较并确定该应用最合适的方法。为验证，搭建了一个基准实验并用模型进行模拟。研究了骨髓以及渗透率、孔隙率等参数的影响，以考察不同条件对椎体成形术的作用。所提出的模型在配合正确的流变学升尺度模型时能真实模拟骨水泥在多孔材料中的注射，其中黏度的半解析平均给出了最佳结果。骨髓黏度被确定为在椎体成形术背景下将骨水泥分类为高或低黏度的关键参考。证实黏度高于骨髓的水泥可确保注射的稳定发展和椎体内适当的骨水泥交织。
引用
@article{arxiv.2209.14654,
title = {A continuum mechanical porous media model for vertebroplasty: Numerical simulations and experimental validation},
author = {Zubin Trivedi and Dominic Gehweiler and Jacek K. Wychowaniec and Tim Ricken and Boyko Gueorguiev and Arndt Wagner and Oliver Röhrle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.14654},
year = {2023}
}
备注
Published in the journal 'Biomechanics and Modeling in Mechanobiology' on 12th May, 2023. Link: https://link.springer.com/article/10.1007/s10237-023-01715-4