骨应力生长仿真是一个多学科交叉研究领域,它涉及骨科相关知识,固体力学分析及有限元方法技术。研究软骨内骨化对骨生长过程中涉及的与软骨相关的疾病具有重要的应用价值,然而国内外考虑力学因素对骨生长过程影响的研究还不成熟。本课题通过描述软骨内化骨及新骨重建的医学现象,验证软骨骨化程序的正确性以及载荷施加方式的合理性,课题研究的成果可以作为力学分析因素对骨骼疾病影响的参考依据。本文将墨尔本皇家儿童医院提供的CT扫描图像进行处理,得到能在ABAQUS里进行操作的二维及三维近端股骨模型,然后参考相关应力公式,运用有限元方法模拟了骨生长过程。在股骨头5个区域上施加间歇性载荷,计算每个单元的成熟指标值,通过与临界成熟指标值的比较,判断单元是否转化为新骨组织,计算值一旦大于临界值,该单元软骨转化为新骨,新骨区域将通过更新骨密度和材料的弹性模量完成骨重建,否则单元仍保持软骨材料属性。模拟的软骨内化骨及骨重建过程与参考文献及医学扫描图像得到的结果比较一致。二维股骨模型模拟结果显示骨化从远端开始逐渐向骨骺扩展,股骨头中心出现次级骨化中心并围绕此中心扩展,骨沉积作用使外围骨干密度值达到最大,骨吸收使骨干深层密度值最小。三维股骨模型生长板骨化结果显示边缘骨化比较明显,逐渐向深层延伸。结果最终验证了子程序用于描述不规则模型骨化的合理性,对模型处理方法的可行性。本文的创新之处体现在研究方法上。本文采用临床图像获得的近端股骨模型,模型具有实际的材料属性,采用间歇性的施载方式,三维模型的载荷数据来源于实验测量,整个模拟结果比较合理,为定量的从生物力学角度研究骨生长提供一定的参考价值。