中文摘要：

本项目对缺血性股骨头坏死及塌陷的微纳观生物力学机制进行系统地实验研究和理论分析。首先，利用向鸡的胸肌注射类固醇的方法制备动物鸡的股骨头坏死与塌陷的实验模型，通过微纳观生物力学测试技术表征股骨头缺血性坏死过程中不同分期阶段各个组织和效应细胞的力学性能和应力应变关系、形貌特征与变形信息,分析其微结构的相互作用和演化机制；其次，利用生物医学、细胞生物学和力学等原理建立股骨头坏死过程中血流微循环模式、骨头微结构演化、骨细胞相变、骨小梁断裂、骨髓组织的坏死与非坏死过渡区域退化、股骨头关节面塌陷等生物力学组织和细胞模型，提出股骨头坏死及塌陷的临界条件和骨细胞的相变准则；最后，利用有限元技术对股骨头坏死及塌陷过程的变形特征以及各个组织的相互作用进行数值模拟。本项目对股骨头缺血性坏死及塌陷的微纳观生物力学机制研究具有重要学术意义，有助于股骨头缺血性坏死的临床修复治疗及其早期预防。

结论摘要：

本项目对缺血性股骨头坏死及塌陷的微纳观生物力学机制进行系统地理论和实验研究。首先，利用注射类固醇方法制备动物兔的股骨头坏死模型，表征了血脂成份、骨细胞、骨小梁几何形状及矿物质含量等生物特征；其次，对坏死松质骨的宏观力学及纳米压痕力学性能、坏死与非坏死界面区的变形演化规律、骨小梁的生物力学性能进行了微纳观实验研究；确定了坏死松质骨、骨小梁的应力应变关系和变形特征；描述了相应微结构的微纳观生物力学特征。最后，根据实验结果建立了三种松质骨生物力学模型和股骨头坏死的串联和并联模型，根据力学失稳原理提出了松质骨塌陷的生物力学准则，并利用有限元技术对股骨头坏死塌陷过程的变形特征以及各个组织的相互作用进行数值模拟。本项目对股骨头缺血性坏死及塌陷的生物力学机制研究具有重要学术意义，有助于股骨头缺血性坏死的临床修复治疗及其早期预防。