椎体成形术框架下丙烯酸骨水泥注入与固化的建模与仿真
数值分析
2015-02-10 v3 材料科学
医学物理
摘要
椎体成形术是一种治疗椎体压缩性骨折的微创手术技术。在治疗过程中，液态骨水泥被注入受影响的椎体并在其中固化成固体。为了研究治疗过程及注入骨水泥的影响，开发了一个集成的建模与仿真框架。该框架包括：(i) 基于人体松质骨 microCT 图像生成微观结构计算机模型，(ii) 骨水泥注入小梁结构的计算流体动力学 (CFD) 模拟，以及 (iii) 随后骨水泥固化的非线性有限元 (FE) 模拟。为两个模拟阶段提供了丙烯酸骨水泥材料行为的详细描述。选择非线性过程依赖流体流动模型来表示注入过程中的骨水泥行为。骨水泥从高粘性流体到固体的相变由具有固化依赖特性的非线性粘弹性材料模型描述。考虑到丙烯酸骨水泥显著的温度依赖性，两种材料模型均以热 - 力耦合方式表述。此外，相应的微观结构 CFD 和 FE 模拟使用热 - 力耦合求解器进行。将所提出的建模与仿真框架应用于人体松质骨样本，展示了该方法的能力。
引用
@article{arxiv.1307.0880,
title = {Modelling and simulation of acrylic bone cement injection and curing within the framework of vertebroplasty},
author = {Ralf Landgraf and Jörn Ihlemann and Sebastian Kolmeder and Alexander Lion and Helena Lebsack and Cornelia Kober},
journal= {arXiv preprint arXiv:1307.0880},
year = {2015}
}
备注
26 pages, 16 figures, ZAMM - Zeitschrift f\"ur angewandte Mathematik und Mechanik (2015)