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1. 研究目的与意义（文献综述）
关节软骨是一种覆盖滑膜关节的透明软骨，它不仅起着支点的作用，而且还承受临近关节及肌肉所产生的压缩力，此外关节运动产生的剪切力会进一步磨损关节表面，容易受到损伤。[1][8][9][10]近年来，由于运动创伤、交通意外、剥脱性骨软骨炎等引起的软骨损伤越来越常见，而类风湿关节炎、骨性关节炎、关节不稳等疾病也是引起的软骨损伤的一大原因。[3][11][15]然而，关节软骨是一种高度分化的细胞组织，一旦受损，由于其低代谢特性，自愈能力受到限制，在没有血管系统、淋巴管和神经支配的情况下，关节软骨缺少干细胞和生长因子的贮存器，因此，关节软骨几乎不能自我再生，其大多数的损伤都不可逆。[1][3][5][14]一直以来，人体关节软骨损伤及缺损后的修复是运动临床康复及医学临床康复的重要研究课题。
骨髓间充质干细胞是一种具有多分化潜能的干细胞，能在分化成软骨细胞后保持一定的增殖能力，可通过归巢迁移至软骨损伤部位，抑制组织炎症，通过旁分泌功能传递信号分子，在软骨的再生修复中起到重要作用。[2][4]临床中，一种最为简单且最常用的治疗方式就是以直接注射的方式进行软骨自体或异体移植。然而，简单的注射不足以改善细胞的植入，因为直接注射细胞限制了细胞在目标位置的保留和存活。[12]组织工程支架材料的目的是为构建组织细胞提供一个三维支架，有利于细胞的黏附、增殖乃至分化，为细胞生长提供合适的外环境。[5][7][13]研究表明，合适的组织工程支架可有效地修复软骨缺损中的软骨，防止细胞死亡并导致更多的软骨组织形成。[12]
支架应为初始功能提供仿生机械环境，并为细胞迁移和细胞/基因传递提供足够的孔隙率，同时支架也要承受相当的机械载荷及应变。[12]这要求支架具有合适的机械性能，包括刚度、硬度等。在过去的研究中，卜伽丘（boccaccio）等人研究了通过开发一种基于力学生物学的优化算法来确定功能梯度支架中的最佳梯度孔隙分布。[12]迪亚斯（dias）等人提出了一种拓扑学算法来设计可以满足大量运输和特定机械承载要求的支架。[12]
2. 研究的基本内容与方案
该研究的主要目的是根据影像和机械调节理论来预测软骨再生所需的最佳支架的力学性能，设计支架，并对支架和组织进行有限元分析模拟其行为，而后对支架进行优化使其适应特定位置的负载要求以适合临床要求。
基本内容：
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下肢骨关节的3d建模
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1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需资料。确定方案，完成开题报告；
4－7周：模型的建立；
8－11周：有限元分析。
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[1]张宇,余城墙,吴有财,欧裕福,韦建勋.关节软骨的修复与修复失败[j].中国组织工程研究,2020,24(21):3387-3393.
[2]陈钢泓,曾超明,陈梓铭,廖俊星,马元琛,郑秋坚.骨髓间充质干细胞关节腔注射治疗兔软骨缺损的最适浓度[j].中国组织工程研究,2020,24(07):996-1001.
[3]王伟超,颜冰.关节软骨损伤的治疗和预防[j].世界最新医学信息文摘,2019,19(71):70-71.
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