童年时期生活状况对骨骼发育和预防骨质疏松症起到关键作用,而机械激励载荷和维生素D是影响骨骼发育和预防骨质疏松的重要因素。因此研究机械激励载荷和维生素D对骨骼力学性能的影响具有重要的意义。基于不同生长期小鼠胫骨的实验及显微计算机断层扫描(Micro CT)数据,本文主要讨论作为外界激励的机械激励载荷和维生素D对生长期小鼠胫骨力学性能的影响。本文采用的实验已在英国谢菲尔德大学机械工程系完成,该实验分为机械激励和维生素D两部分:对于机械激励载荷部分,按照有无在小鼠胫骨上施加机械激励载荷以及鼠龄为8周和16周条件进行分组;对于维生素D部分,按照对小鼠采用补充或缺乏维生素D的饮食方案以及鼠龄为8周和16周条件进行分组。再在小鼠活体状态下获取鼠龄为8周和16周小鼠胫骨的Micro CT图像。为实现基于Micro CT图像的小鼠胫骨三维重建,将Micro CT图像导入Amira进行几何模型修复并输出新的图像,再使用MATLAB编写程序调用新生成的图像得到基于体素的非均质模型的ANSYS输入文件。通过批处理调用实现对小鼠胫骨在11N的轴向压缩载荷作用下的力学响应计算。相关文献中的纳米压痕实验测定的弹性模量分布验证了基于Micro CT图像灰度值建立的非均质有限元模型。机械激励载荷和维生素D对鼠龄为8周和16周的小鼠胫骨力学性能影响的分析结果表明:各组模型的第一主应变和第三主应变均主要分布在范围为0~1,000με和-3,000~0με,其中生长板处的主应变明显不同于其他区域的主应变,其主应变绝对值通常均大于4,000με;在鼠龄相同的条件下,施加机械激励载荷组的主应变绝对值小于未施加机械激励载荷组的主应变绝对值,补充维生素D组的主应变绝对值小于缺乏维生素D组的主应变绝对值,而随着鼠龄的增长各组主应变绝对值均会减少。通过本文小鼠胫骨骨骼形态参数及骨骼力学性能的分析可知:机械激励载荷和维生素D有助于改善生长期小鼠胫骨的力学性能;未施加机械激励载荷比缺乏维生素D对生长期小鼠的胫骨力学性的影响更为显著。本文的研究结果为骨质疏松的预防和治疗提供了理论研究基础。