Моделирование адаптивной регенерации костной ткани: зависимость параметра удельной энергии деформации от плотности при треугольной нагрузке

Исследование посвящено актуальной проблеме оценки вторичной стабильности, связанной с прогнозированием регенерации костной ткани у пациентов с различной исходной плотностью кости, что имеет особое значение для успешной реабилитации после травм и оперативных вмешательств. В работе рассмотрена модель Картера–Хейса, реализованная в программном пакете FEBio, с вариацией параметра удельной энергии деформации φ0, выше которого происходит рост, а ниже деградация. Параметр φ0 рассматривался для диапазона плотностей трабекулярной кости 300–850 кг/м³ для двух типов граничных условий представительного элемента: всестороннего сжатия и частично свободной границы. Граничные условия влияют на интерпретацию процессов взаимодействия костной ткани с различными вариантами фиксации имплантатов: жесткой и подвижной. Полученные результаты демонстрируют нелинейную зависимость φ0 от плотности кости с критическим переходом при 500 кг/м³, что позволяет дифференцированно подходить к прогнозированию процессов регенерации. Результаты моделирования демонстрируют, что зоны с повышенной механической нагрузкой характеризуются активным формированием трабекулярных структур, что полностью согласуется с классическим законом Вольфа о функциональной адаптации костной ткани. Практическая значимость работы заключается в возможности точного подбора параметра φ0 для конкретного пациента на основании данных о его исходной плотности костной ткани, что открывает новые перспективы для разработки персонализированных реабилитационных программ и совершенствования методов предоперационного планирования с учетом типа фиксации имплантата. Полученные данные создают основу для дальнейших исследований, направленных на интеграцию механических и биологических аспектов ремоделирования костной ткани.