摘要：目的:针对假肢接受腔数字化设计中残肢软组织力学特征采集的需求,研究基于力-位移传感技术的软组织力学性能测量方法。方法:将压力和位移传感器并联设计开发软组织刚度测量系统,可实现软组织受力和形变的同步获取,并采用两段式割线法计算表观刚度,针对不同硬度、厚度的硅胶试件,使用力学试验机对本系统进行有效性验证。结果:对硬度15°(Shore A)的试件,本系统测得厚度为5mm、10mm、15mm和20mm的试件的刚度k1和k2分别为(1.788±0.14)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.447±0.1)N/mm和(2.966±0.17)N/mm、(1.340±0.14)N/mm和(2.335±0.16)N/mm、(1.306±0.19)N/mm和(2.261±0.19)N/mm,力学试验机获得相应刚度分别为(1.769±0.2)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.443±0.13)N/mm和(2.800±0.07)N/mm、(1.385±0.16)N/mm和(2.328±0.1)N/mm、(1.256±0.08)N/mm和(2.097±0.14)N/mm;2种系统测得的刚度k1和k2最大误差分别为3.8%、7.8%,且不存在显著性差异。对硬度25°的试件,除厚度为20mm试件外,2种系统测得试件的刚度k1和k2误差均<8.7%,且不存在显著性差异。结论:基于力-位移传感技术开发的残肢软组织力学性能测量系统与材料力学试验机测量结果有较好的一致性,能满足残肢软组织力学性能测量的需求。

摘要：采用有限元法对三种U型骶骨骨折后手术固定模型的生物力学特性进行了研究。在之前建立并验证有效的完整腰椎—骨盆模型的基础上,建立了三种U型骶骨骨折手术固定模型:①S1S2贯穿螺钉(S1S2),②L4–L5椎弓根螺钉+髂骨翼螺钉(L4L5+IS),③L4–L5椎弓根螺钉+S1贯穿螺钉+髂骨翼螺钉(L4L5+S1+IS)。然后,通过对L4上表面施加400 N竖直向下的力以及7.5 N·m不同方向的扭矩(前屈、后伸、轴向旋转、轴向侧弯),对比三种固定方式在坐姿和站姿下产生的骨折缝隙分离值和最大应力的差异。研究结果表明,在不同姿态下,不同手术组产生的骨缝隙分离值为:L4L5+S1+IS远小于L4L5+IS和S1S2。对于内植入物而言,上述三种固定方式产生的最大应力值为L4L5+IS> L4L5+S1+IS> S1S2;对于椎间盘而言,上述三种固定方式产生的最大应力值为S1S2远大于L4L5+S1+IS和L4L5+IS。综合考虑,对于U型骶骨骨折而言,可以优先考虑L4L5+S1+IS固定方式进行固定。本文研究的目的在于通过比较采用三种不同的内固定方式固定U型骶骨骨折后的生物力学的差异,进而为临床手术提供有效的参考。

摘要：本文采用三维有限元方法评价不同球-窝曲率半径的ProDisc人工颈椎间盘在植入颈椎后的生物力学差异,为人工椎间盘的设计改进和临床应用提供生物力学参考依据。首先建立C5-C6节段的三维有限元模型并验证,同时建立曲率半径分别为4、5和6mm的人工颈椎间盘有限元模型并分别植入C5-C6节段,对所有置换模型都施加74N的轴向压缩预载荷和1.8Nm的前屈/后伸、左右侧弯和轴向旋转力矩,进行有限元计算。计算结果显示球窝结构的曲率半径会改变植入节段的屈伸关节活动度,而在其他载荷下差异不明显。增大曲率半径可改善聚乙烯内衬应力集中现象,但同时也会伴随小关节力、韧带张力增大的不良结果。因此,人工椎间盘的设计应综合考虑保留运动节段的关节活动度同时又不致小关节、韧带、聚乙烯等的应力过大,以免影响长期临床效果。

摘要：目的研究不同大小随动载荷在腰椎不同姿态下对小关节接触力的影响。方法建立非线性三维有限元腰椎模型(L1~S1),并考虑小关节软骨的非均一厚度和非线性材料特征。对腰椎模型施加不同大小的随动力预载荷(0、0.5、0.8、1.2 k N)以及7.5 N·m不同方向上(前屈、后伸、侧弯、轴向旋转)的纯力矩,对比各运动节段两侧小关节上在不同加载工况下的接触力,并定量研究随动载荷对小关节不对称性的影响。结果随动载荷的应用会增大屈伸以及侧弯(同侧)状态下的小关节接触力,而减少侧弯(对侧)时的小关节接触力,而且这种增大(或减小)效应会随着随动载荷本身的增大而减弱。对于轴向扭转,预载荷对小关节力几乎没有影响。在腰椎不同的姿态下,随动载荷对于小关节接触力不对称性的影响按从大到小排列依次为:侧弯(同侧)、前屈、侧弯(对侧)、后伸、轴向扭转。结论随动载荷对腰椎小关节接触力的影响随腰椎运动姿态的不同而不同。在腰椎的生物力学研究中,小关节的不对称性需要被充分考虑,尤其是在生理载荷作用下腰椎后部结构的研究中。

摘要：背景:可降解植入物具有良好的生物相容性和骨传导性,被逐渐应用于颅面重建、前交叉韧带的重建、半月板修复、踝关节骨折治疗、胫骨腓骨骨折等手术治疗中。目的:通过对比可降解植入物与非降解植入物在骨科骨折中的应用,总结可降解植入物的优缺点,并提出自己的见解。方法:以"可降解螺钉,可降解板,骨科,骨折;biodegradable screws,biodegradable plates,orthopedics,fractures"为关键词,检索CNKI数据库、万方数据库及Web of sciences数据库1960至2017年发表的相关文献,收集有关可降解植入物在骨科应用的文献,最终选取65篇文献。结果与结论:无论采用镁合金还是聚乳酸类植入物进行骨科骨折治疗,均表现出了良好的治疗效果。然而,可降解植入物自身存在一些不足:可降解螺钉的降解速率过快,将导致初始强度的快速丧失,如何控制可降解螺钉的降解速率与骨生长速率相匹配等,仍然是一个亟待解决的问题。因此在今后的研究中,需要重点研究如何减缓降解速率、增强抗磨抗腐蚀性,以及开发无毒性、含多营养元素的可降解植入物。

摘要：目的利用飞行仿真获取Herbst机动中飞行员生理坐标系下的各方向过载,并对获得的典型数据进行分析。方法依据典型4代机设计参数,在CAD软件中建立飞机三维几何模型,通过飞行仿真获取机体质心6个关键运动参数,根据中国飞行员人体测量数据建立人体三维几何模型;依据座舱和座椅在飞机中的位置建立飞机与人体装配模型;通过人机系统运动学分析获取机动飞行时人体不同部位的各方向过载,对3 km高度、90 m/s速度下开展的Herbst机动进行过载分析。结果人体胸部、足部和头部各方向过载基本一致,但手部与胸部Gy曲线相差很大,手部过载峰值约为1.6 g;在人体三向过载中+Gx峰值最大,约为3.0 g。结论使用机体质心过载曲线代替人体过载曲线会带来较大误差,在研究多轴向载荷对操控行为的影响时手部Gy过载曲线不能使用其他部位过载代替。

摘要：目的 采用三维有限元方法研究人体腰椎的动力学特性。方法 基于CT扫描图像建立并验证全腰椎L1-5节段有限元模型，对全腰椎进行有限元模态分析。结果 提取腰椎的30阶自由模态，获得了腰椎在自由状态下的动态特性：腰椎共振频率分布集中；各阶模态最大振幅急剧变化，L5节段腰椎附近的振幅较大，是腰椎的薄弱环节。结论 腰椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础，确定腰椎的固有频率、振型和振幅等振动参数，对于腰椎的振动特性分析和人机工程设计优化等方面具有重要意义。

摘要：背景:腰椎间盘突出症是临床上引起腰痛的主要原因,发病原因十分复杂,长期力学负荷的积累和突然超负荷损伤通常被认为是主要病因。椎间盘突出大多受到其力学状态改变的影响,因此需要对腰椎间盘整体和内部的应力/应变特性进行研究,从而为腰椎间盘突出的预防和治疗提出指导。目的:通过体外实验多角度讨论椎间盘的疲劳特性和破裂机制。方法:实验采用当地屠宰4-6 h的新鲜绵羊腰椎,用其制作的椎间盘样本被用于不同实验。疲劳实验中,探索轻度破裂和疲劳应力对椎间盘疲劳特性的影响。在内部位移和载荷分布实验中,通过应用优化的数字图像相关技术来测试椎间盘加载过程的内部位移分布,应用布拉格光纤光栅技术测量椎间盘加载过程的内部载荷分布。结果与结论:①对于正常及早期破裂腰椎间盘,疲劳前后的破裂应力-应变曲线均呈现出多段特性,主要由4个阶段组成:趾部阶段、线性阶段、屈服阶段和破裂阶段;②正常腰椎间盘的趾部阶段非常明显,而早期破裂腰椎间盘的趾部阶段几乎消失;对于正常和早期破裂腰椎间盘,疲劳后的弹性模量均略大于疲劳前的弹性模量;对于正常腰椎间盘,疲劳后的比例极限大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的比例极限小于疲劳前;对于正常腰椎间盘,疲劳后的屈服应力大于疲劳前;对于早期破裂腰椎间盘,疲劳后的屈服应力小于疲劳前;③腹侧纤维环应力<背侧纤维环应力;在背侧区域,外层纤维环应力<内层纤维环应力;而腹侧区域呈现相反规律;④含损伤因子的损伤本构模型可以很好地拟合椎间盘损伤的力学特性,实验结果对预防日常生活中的腰椎间盘突出具有理论上的指导意义。

摘要：背景:体外实验证实,采用的一体式椎间融合器虽可以从侧方置入,但其置入体内后不具有调节椎间融合器高度的能力和调节腰椎滑移的复位功能。基于以上原因,课题组设计了一种新型的侧前方入路一体式可撑开可复位椎间融合器(OLIF+IERC),并不断深入研究其生物力学性能。目的:探究OLIF+IERC模型,相比于正常腰椎有限元模型、传统的单纯斜前方腰椎椎间融合术(oblique lumber interbody fusion,OLIF)无螺钉固定系统(Stand-alone OLIF)模型、OLIF联合后路双侧椎弓根钉棒固定(OLIF+BPS)模型的生物力学性能差异。方法:对已建立并验证有效的正常模型(L_(3)-S_(1))进行适当的修改,建立3种OLIF手术有限元模型:Stand-alone OLIF模型、OLIF+BPS模型及OLIF+IERC模型。通过对各模型施加500 N的随动载荷和不同方向上(前屈、后伸、侧弯、轴向旋转)7.5 N·m的力矩载荷,比较不同模型的各生物力学指标差异。结果与结论:①对于L_(4)-L_(5)的运动范围、融合器上最大应力及最大终板应力:OLIF+IERC模型在轴向旋转时低于其他手术模型,Stand-alone OLIF模型在各运动姿态下均最高,OLIF+BPS模型在前屈、后伸及侧弯时最低;②综合分析得出:OLIF+IERC模型的生物力学稳定性、抵抗椎间融合器沉降和椎间盘高度降低的能力,在各运动姿态下均优于Stand-alone OLIF模型,在轴向旋转的运动姿态下优于OLIF+BPS模型;③研究建议:腰椎退行性患者在今后进行手术治疗时,可以考虑采用OLIF联合一体式可伸缩可复位融合器固定的手术方式。该研究为腰椎退行性疾病的治疗提供了有价值的参考。

摘要：目的探讨侧前方腰椎椎体间融合术的不同固定系统(侧方钢板固定系统、单侧椎弓根螺钉固定系统、双侧椎弓根螺钉固定系统和经椎小关节固定系统)对人体腰椎在全身振动条件下的振动特性的影响。方法通过有限元方法建立正常腰椎(L1~S1)有限元模型和具有5种不同固定系统的侧前方腰椎椎体间融合术有限元模型。施加了500 N压缩随动载荷和±40 N的正弦轴向垂直载荷,频率为5 Hz,持续时间为0.6 s。结果本研究通过对比固定系统等效峰值应力等相关生物力学数据,发现在全身振动下双侧椎弓根螺钉固定模型产生了较小的应力,例如对比固定系统等效峰值应力的动态响应的峰值和振幅,发现双侧椎弓根螺钉固定模型具体数值分别为13.669、11.518和2.151 MPa,而侧方钢板固定模型的动态响应最大,其峰值和振幅分别为36.209、29.481和6.743 MPa。结论在全身振动下抵抗融合器下沉和保持椎间盘高度能力最强的是双侧椎弓根螺钉固定模型。侧方钢板固定系统模型中产生了非常大的应力,不利于患者的后期恢复和减少并发症。本研究建议,经常处于振动环境中的司机和相关从业人员在进行侧前方腰椎椎体间融合术时建议选择双侧椎弓根螺钉固定系统进行辅助治疗,侧方钢板不建议被单独使用。