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摘要骨关节炎是一种复杂的多因素疾病，已成为主要致残疾病之一。关节软骨、软骨下骨，以及介于二者之间的界面共同构成了骨-软骨单元。这一结构能够吸收和缓冲外部冲击，保护关节和周围组织免受损伤。在骨关节炎的发展过程中，骨-软骨单元通常出现结构性缺损，影响了关节的运动功能，导致炎症和软骨退变。关节液体的流动行为是影响关节生物力学、营养供应的主要因素之一。骨-软骨结构受损导致液体流动异常，引发进一步病变。因此，深入理解关节内部的液体流动行为对于揭示关节功能、疾病发展过程具有重要意义。此外，关节疾病会引起骨-软骨单元的力学和电学特性发生显著变化。关节疾病初期，软骨开始退化，软骨下骨可能会发生骨质增生，导致关节力学特性改变。同时，由于软骨退化和组织结构的改变，骨-软骨单元的电学特性可能受到影响，细胞功能和软骨自我修复能力下降。通过测量和分析骨-软骨单元的力学和电学特性的变化，可能实现关节疾病的早期诊断，对于开发新的治疗方法以促进软骨修复具有潜在的价值。然而，现有的研究关于骨-软骨单元内部的液体流动行为以及力学、电学特性的变化机制尚不清楚。基于此，本文通过有限元分析方法，探究了骨关节炎和缺损型骨-软骨单元内部孔隙压力和液体流速的变化；通过压缩松弛、电阻抗等实验方法，探究了缺损型骨-软骨单元力学和电学性质，为未来的治疗策略提供新的见解和可能的方向。本文的主要工作及结论如下：<br>　　（1）本文基于Micro-CT数据，建立了正常、骨关节炎、缺损（不同缺损半径、深度和形状）的骨-软骨单元三维有限元模型，赋予多孔弹性材料，模拟生理压缩，对模型内部孔隙压力和液体流速进行分析。结果表明，与正常骨-软骨单元相比，缺损导致间隙液体的孔隙压力和流速均下降，且随着骨-软骨单元缺损大小和深度的增加而加剧。当缺损形状为圆柱体（最大缺损体积）时，骨-软骨单元缺损周围的孔隙压力最小，而软骨和软骨下骨小梁缺损周围的流速最小，软骨下骨板缺损周围的流速最大。与正常骨-软骨单元相比，骨关节炎导致孔隙压力降低。随着软骨退化过程的发生，液体流速增加造成严重的营养物质流失，这可能是液体流动参与下的损伤机制。<br>　　（2）本文采用成年新西兰兔胫骨平台内侧，建立不同缺损半径的骨-软骨单元，进行了压缩松弛试验，电阻抗测试和力-电效应分析。研究表明，不同缺损半径的骨-软骨单元力学特性和电学特性存在明显差异。随着缺损半径的增大，骨-软骨单元的最大承载载荷显著降低，松弛时间逐渐升高。其电阻抗的变化与频率相关。同一频率下，随着缺损半径的增加，骨-软骨单元的电阻抗逐渐增大。不同缺损半径骨-软骨单元相位角的绝对值先升高后降低，并且在102Hz左右到达最大值。随着缺损半径的增加，骨-软骨单元相位角的绝对值逐渐减小。此外，骨-软骨单元自身不同程度的缺损很大程度影响了力-电效应的峰值电压。随着缺损半径的增加，骨-软骨单元所产生的电压峰值逐渐降低；不同缺损半径的骨-软骨单元的峰值电压与施加载荷的峰值、速率呈正比。<br>　　本文对骨关节炎和缺损型骨-软骨单元内部的液体流动变化和力电特性、力-电效应进行详细研究。有助于理解骨关节炎以及骨-软骨疾病的发病机制，为临床诊断提供新的途径。还对设计仿生材料和人工关节具有直接的指导意义，这些材料可以更好地模仿自然骨-软骨的功能，减少患者的疼痛并提高生活质量。