废用引起的皮质骨微纳尺度结构变化和组织粘弹性相关关系研究
批准号:
32071315
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
牛海军
依托单位:
学科分类:
生物力学与生物流变学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
牛海军
中文摘要
废用会造成人体骨骼所受机械应力缺失,废用导致的骨质疏松不但临床发生率高,而且是宇航员长期太空飞行的主要障碍。开展废用性骨质疏松研究对于患者的临床干预和航天员的身体防护具有重要意义。近年的研究发现,缺乏应力刺激对皮质骨的影响比松质骨更大,皮质骨在骨折风险预测中起着更重要的作用,无论如何,人们对废用期皮质骨微纳结构和组织力学特性的变化规律还知之甚少,废用引起的微纳结构变化与皮质骨粘弹性之间的关系也不清晰。基于此,本课题采用μ-CT、Nano-CT等多种微纳尺度观测技术和超声共振谱细观力学参数测量方法,结合废用性骨质疏松动物模型,开展不同废用阶段皮质骨微结构、超微结构与力学参数测量研究,系统揭示废用过程中组织微纳结构与细观力学特性的变化规律,阐明皮质骨结构变化对于组织粘弹性的影响,建立相关关系。项目预期结果对于深入理解废用性骨质疏松的发生过程与机制、制定骨评价标准和骨折风险预测指标都有重要意义。
英文摘要
The disuse will cause the lack of stimulation of the mechanical stress on the human bones. Osteoporosis caused by disuse not only has a high clinical incidence, but also is a major obstacle for astronauts' long-term space flight. The study on disused osteoporosis has an important significance to clinical intervention for the patients and to physical protection for the astronauts. Recent studies have found that lack of stress stimulation has a greater impact on cortical bone than cancellous bone, and cortical bone plays a more important role in the prediction of fracture risk. However, up to now, limited knowledge was mastered about how micro/nano structure and mechanical properties of cortical bone changed during disuse, and what quantitative relationship existed between micro/nano structure and viscoelasticity of cortical bone. Based on this, this project is planned to find the change pattern between microstructure and mesoscopic mechanical properties of cortical bone and clarify the effect of cortical bone structure changes on tissue viscoelasticity in disuse, by using μ-CT, nano CT and other technics to observe the structure of cortical bone in micro/nano scale and resonant ultrasound spectroscopy (RUS) to measure the mechanical properties in mesoscopic scale respectively. This study try to reveal the changes of tissue micro/nano structure and meso-mechanical properties during the disuse, to clarify the effect of cortical bone structure changes on tissue viscoelasticity and to establish the relationship between the micro/nano structure and tissue viscoelasticity systematically. The expected results of the study are of great significance for in-depth understanding of the occurrence mechanism, and help for developing bone evaluation standards and fracture risk prediction indicators.
废用导致的骨质量下降和骨质疏松严重危害人类健康, 废用过程中皮质骨微结构和细观力学特性的变化规律与相互关系研究对于理解骨质疏松的发生机制、制定骨评价标准与临床干预措施具有重要意义。本项目采用微结构观测技术和超声共振谱测量技术(RUS),开展皮质骨微结构与力学参数测量研究,揭示废用过程中皮质骨变化规律,阐明皮质骨结构变化对于组织粘弹性的影响。.项目整体进展良好,达到了研究目标,在实验技术、测量方法、发现规律、应用探索等几方面取得研究成果,同时通过国内外合作提升了影响力。.从实验技术和测量方法角度,本项目进一步完善了小型动物废用骨质疏松造模方法,建立了完整的小尺寸废用骨质疏松模型结构测量流程,提出了针对薄片样本的RUS弹性常数测量方案与计算流程。首次在基于RUS的生物组织细观力学特性测量研究中引入深度学习技术,并提出了基于深度学习技术的高阻尼材料弹性常数RUS获取方法。从规律发现和应用探索角度,本项目进一步揭示了废用过程中皮质骨不同弹性系数随时间的变化规律,明确了废用过程中皮质骨微结构变化规律,初步建立了皮质骨微结构变化与弹性系数之间的关系模型,提出克服骨组织声波传输畸变的更有效的皮质骨声波聚焦矫正方法,提出基于边界积分方程法和有限元法耦合策略的超声经骨组织传播数值计算方法。
基于超声衰减的皮质骨孔隙结构参数测量与计算方法研究
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批准号:12372299
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.00万元
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批准年份:2023
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负责人:牛海军
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依托单位:
基于超声共振方法的生物硬组织材料弹性模量测试系统研发
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批准号:11772037
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2017
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负责人:牛海军
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依托单位:
基于超声共振谱技术的模拟失重尾吊大鼠皮质骨的细观力学特性研究
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批准号:31570945
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2015
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负责人:牛海军
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依托单位:
基于MicroCT的软骨成分与退化程度和力学特性定量关系研究
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批准号:31170896
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2011
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负责人:牛海军
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依托单位:
基于瞬态超声技术的关节软骨三相性特性的生物力学研究
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批准号:10772018
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2007
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负责人:牛海军
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依托单位:
国内基金
海外基金