骨质疏松是一种以骨量减少、骨的微观结构退化为特征的代谢性疾病。骨质疏松已经成为严重危害人类健康的疾病之一,因骨质疏松造成的骨折为国家带来了巨大的财政与社会负担。骨质疏松患者因其骨强度的降低会伴有高概率的脆性骨折的风险,因而研究骨的力学性质对于研究骨质疏松疾病有着重要的意义。传统的针对骨力学性质的研究集中在骨组织的皮质骨与松质骨部分,忽略了填充在髓腔中的骨髓,有证据表明骨质疏松患者骨髓含量增多且伴有明显的骨髓脂肪化倾向,因此本课题将探究黄骨髓对骨机械性能的作用对骨质疏松患者骨强度机制的影响。鉴于活体骨微观结构的不可观察性及生物力学实验的不可重复性,本课题采用有限元仿真分析的方法进行研究。本课题旨在研究黄骨髓对骨生物力学性质的作用导致骨质疏松患者骨强度机制的变化,课题将基于椎骨QCT(Quantitative Computer Tomography)图像建立骨的真实微观结构的三维模型。通过将填充在髓腔内的骨髓质简化为黄骨髓,本文将采用固-固耦合的方法构建两种不同的有限元网格模型:纯骨小梁模型与填充黄骨髓的骨小梁模型,并基于非线性力学的物理场实现了骨的破坏性压缩仿真试验。一方面,通过比较两种模型的仿真结果,本课题发现黄骨髓的存在增加了骨小梁的体积强度,减轻了骨小梁的形变程度,平衡了骨小梁的应力分布,减少骨小梁发生断裂的风险;另一方面,通过改变实验样本的材料属性与骨体积比,本课题还探究了可能影响黄骨髓作用的因素,发现在拥有较低体积比与较低弹性模量的样本中,黄骨髓对骨强度的提升作用更加明显。结合骨质疏松的病理知识,骨质疏松患者体内黄骨髓比例的增加可以增强其骨强度,弥补一部分因骨量缺失而损失的骨强度,减少了骨折发生的概率;随着患者骨质疏松程度的加深,黄骨髓的这一作用也因患者骨体积比的下降或骨小梁弹性模量的下降而更加明显。本文研究表明,骨质疏松患者体内增加的黄骨髓可以减少骨折的风险,本文研究对骨质疏松的预防与诊疗有着重要的意义。