在骨关节炎,关节软骨退化,最终穿出来,导致疼痛和残疾。这是一个重大的挑战在卫生保健预防骨关节炎或减缓疾病的进展。骨关节炎的发病可能导致在软骨应力、应变状态的改变,例如,由于受伤的韧带,软骨、半月板。然而,疾病进展是特定于病人的,很难预测。为了评估在关节,关节软骨的功能和可能的失败的网站并评估骨关节炎的发病和进展patient-specifically,计算模型可能成为有用的工具。尽管有重大进展在过去的几年,这些模型需要进一步发展之前他们可能最终成为直接的临床价值。
临床,特定的应用程序的计算机模型,联合的现实描述几何、关节运动学和组织最终需要加载。几何数据可以获得成像模式,如核磁共振,越来越详细。不过,啮合的此类信息和运行计算模拟的网格是具有挑战性的。关节运动学的仿真分析计算昂贵,需要知识的运动学约束由于肌肉和韧带,包括,例如,预压力和附件的韧带。在许多情况下,3 d和/或运动模拟是更可行的软骨结合简单的材料模型。需要更先进的材料描述更详细的调查在软骨的机械条件。然而,这些至关重要的向前推进,我们对机械负荷之间的关系的理解,软骨损伤和骨关节炎。
各种各样的软骨模型已经开发和用来评估细胞的力学行为,组织,和关节水平。他们被用来评估静态和动态的组织行为,探索机械加载和生化的影响,甚至在长时间尺度预测组织适应。预计这种模式将被带到下一个级别,针对病人的特点在哪里注册在3 d运动联合模型。
鉴于软骨的胶原原纤维的复合结构网络,蛋白聚糖矩阵,和液体,这个特殊的问题关注fibril-reinforced模型的开发和应用在不同的尺度。回顾fibril-reinforced组织模型和他们的应用程序在单元级别提出了(p . Julkunen等)。建模应用程序中的实际问题和模型的局限性进一步讨论。彻底审查的最新进展在人类膝关节的计算模型提出(m . Kazemi等)。建立膝关节模型从成像数据(例如MRI)总结,临床应用的模型进行了讨论,并给出例子,针对病人的评价膝关节力学。此外,改变与深度有关的属性的影响在骨关节炎软骨液增压在膝关节(y .达比利和l . p . Li)。自代的膝关节是耗时的计算有限元模型和模型仿真时间相对较长,提出了一种半自动的方法来研究胫股的接触应力的成年受试者(d·d·安德森等)。
综述了实验测量和建模和模型验证在细胞,组织,共同讨论了水平(p . Julkunen等人和m . Kazemi et al。)。明确,实验结果与深度有关的微观结构响应下的软骨直接加载和卸载区域(a . Thambyah和n .扫帚)。Loading-related chondron方面的变化比率在不同的区域也会显示出来。这些结果可用于计算模型的验证和发展纳入更高程度的结构现实主义。此外,实验测量了软骨细胞变形行为的组织提出了机械载荷作用下正常和骨关节炎的软骨(p . Tanska等)。计算多尺度建模应用于解释上述组之间细胞行为的差异。最后,潜在的未来方向的应用多尺度模型细胞反应和疾病进展评估膝关节得到解决(p . Julkunen等)。
最近的进步发展的计算模型的关节软骨,作为部分展示了在这个特殊的问题,和模型与现实不同的材料描述和关节运动学关节已经拉近了临床应用。更先进的适应模型,模型解决不同的长度尺度的可能组合,应该最终导致改变组织的预测性能和磨损,骨关节炎的发展息息相关。最终,计算模型可能成为临床工具识别或优化特定病人的治疗策略,如康复和外科干预。
Rami k Korhonen
佩特罗Julkunen
江西乐平李
Corrinus c . van Donkelaar