当承受的外部载荷发生变化时,骨可以感应力学信号并做出响应,调节自身的质量和结构。在力学信号传导过程中,动态载荷而非静态载荷能够引起骨内液体的流动,激活骨细胞。当动态载荷幅值产生的力学应变超过一定阈值时,新骨生成。长骨动态加载模型是研究力学加载促进骨生成的典型模型,实验结合有限元分析是应用最为广泛的方法。目前,小鼠胫骨和大鼠尺骨动态加载模型的研究很多,但有关大鼠胫骨的动态加载模型很少报道。本文在大鼠胫骨离体加载实验过程中,通过骨内侧表面的应变计测得应变值。为更好地理解动态加载过程中的合成代谢反应,建立基于实验样本影像的个体化有限元模型来评估胫骨承受力学载荷时其整体应变分布规律,并用应变计测量的应变数据校准有限元计算应变。本文的主要内容为:首先,取15只5月龄雌性Wistar正常大鼠的右下肢,将两个应变计粘贴在胫骨内侧面,放于动态循环加载实验设备上,施加三种不同幅值(20N、30N、40N)的动态载荷,测得粘贴应变计处胫骨的实验应变。然后,胫骨样本经Micro computed tomography(Micro-CT)扫描重建后,采用Mimics、Magics、Geomagic Studio、HyperMesh软件建立三维几何模型,并划分二阶四面体网格(Element size=0.15mm)、施加载荷和边界条件、赋予各向同性线弹性材料属性(模型赋予一种、两种、三种、二十种材料属性,共四种材料赋予方式,鉴于四种赋材料方式的有限元模型结构相同但材料不同,可以分析不同材料赋予方式对胫骨内应变的影响);以二十种材料属性模型为基础,计算刚度;而后将每个样本对应的四种材料属性模型分别导入ANSYS软件中进行显微有限元计算,实现对胫骨加载过程的模拟;另外,选取一个典型有限元模型,进行网格细化(Element size=0.075mm),导入ANSYS中计算。最后,对模型的计算结果进行分析,包括有限元模型计算结果的稳定、实验应变与计算应变的对比、计算刚度与弹性模量的关系、感兴趣体积主应变分布、整体位移分布、整体主应变沿胫骨长轴的变化规律。分析结果表明,有限元模型在网格细化前后的位移、应力、应变在相似位置的计算值具有一致性;实验应变与计算应变的结果较为一致;计算刚度与弹性模量之间有很强的线性关系,说明本研究采用实验与有限元相结合的方法可以较为准确地模拟轴向加载条件下的大鼠胫骨。对于同一样本模型,采用四种材料赋予方式,计算结果都反映了胫骨最大(最小)主应变大小沿长轴的“降-升-降”(“升-降-升”)型变化规律;同时材料越细分,胫骨应变越能够得到有效的描述。对于不同样本模型,赋同种材料的模拟结果差异较明显,说明胫骨结构会对应变结果造成较大影响,但最小主应变的最小值出现位置都在距近端40%处。本研究中的动态加载实验,为测定大鼠胫骨的载荷和载荷-应变关系提供了一个有效方法,同时为深入探索局部应变分布对骨形成的影响奠定了坚实的基础。本研究中的有限元建模仿真,量化了动态加载期间骨的应变分布,为进一步探究骨组织对力学环境的响应机制提供参考。