人体跟骨冲击损伤的生物力学研究

目的探讨人体跟骨在冲击载荷作用下跟骨损伤的机制，为指导临床手术、固定和康复服务。方法建立跟骨动力学实验模型，采集20例新鲜人体尸跟骨标本，进行冲击实验。结果根据实验结果，得到了高速冲击载荷作用下人体跟骨的动态冲击响应，测量了人体跟骨冲击动力学性质，跟骨压缩性应变形成的粉碎性骨折。结论结果表明有必要建立人体跟骨损伤标准，包括跟骨生物力学冲击响应、骨粘弹性性质、决定伤害容限，评估损伤防护体系。     

颅脑钝性冲击伤的生物力学

颅脑钝性冲击伤在航天、交通、施工和生产有关事故中占有相当比例,半个世纪来,许多学者采用生物力学的研究方法,在理论机制上取得了不少成就,对指导临床诊治、防护具设计和法医学检验有所裨益。现将有关问题介绍于后。一、颅骨损伤(一)影响因素1.形态学特征 颅受冲击时的应力分布与打击点的曲率以及颅型有关,颅顶的外形近似于“薄壳结构”,能分散外力。颅     

应用于头部损伤生物力学研究的三维有限元模型发展概况

在交通事故中,头部损伤因其高发率和高致命率成为最严重的损伤.为了研究头部损伤,出现了一系列诸如物理试验、动物试验及尸体试验等研究方法.近年来,随着计算生物力学的发展,人体头部的有限元模型逐渐成为研究头部损伤生物力学的重要工具,文中就头部有限元模型的发展过程及最新进展进行了较为全面的综述,并探讨了该领域未来需要研究的问题.     

实验性肌肉拉伤的生物力学研究

本文研究了２０只成年兔拉伤后不同时期的生物力学性能。所有动物的左胫前肌被拉伤，右胫前肌作为正常对照，分别在拉伤后０、１、２、３、７天将动物麻醉后进行了力学的测试，测试生物力学指标有：肌最大收缩力、断裂载荷、断裂时的伸长、能量吸收和肌肉硬度以及断裂部位。     

大鼠坐骨神经损伤后的生物力学研究

本文用Instron 1122型万能材料试验机,研究了大鼠坐骨神经钳夹伤后2、7、21、56天的生物力学性能,描绘出应力——应变曲线,发现损伤后早期最大应力和强度明显减弱;硬度在损伤后7天增强,到21天基本恢复,而到56天又明显增强,这与横断面积有关。神经的力学性能及损伤后的力学性能改变主要与神经外膜及束膜中胶原种类和组合方式有关,而损伤后神经外膜和束膜中的胶原是通过如何具体改变来影响生物力学性能改变的,还有待子进一步研究。     

水下爆炸引致舰员冲击损伤的生物力学研究方法进展

水下爆炸瞬间产生强大的冲击加速度,不仅导致舰船结构及设备的破坏,而且对舰员造成严重损伤.本文在阐述舰员冲击损伤生物力学研究方法的基础上,经过比较分析提出人体志愿者、动物、假人、尸体试验和数学模型研究方法之间的适用条件和局限性,并由此提出了我国舰员抗冲击技术研究中存在的问题,从损伤机制、耐受限值、损伤标准、试验技术、防护措施等方面指出了研究重点和发展趋势.     

猕猴膝关节损伤的生物力学研究

本文对５只猕猴膝关节进行了扭转和拉伸实验，了载荷变形关系曲线，经过转换得出载荷与损伤关系曲一，这些结果为下肢系统方案设计提供了定量数据；在临床上节损伤的处治民帮助。     

运动损伤生物力学研究

所有专业和业余运动员都承受着各种急性或者慢性运动损伤,损伤形式随项目不同而各异。生物力学研究是确定运动损伤危险因素和损伤机制的关键。运动损伤生物力学研究一般采用实验、建模仿真以及统计模拟3种方法。从运动损伤的流行病学特征出发,对相关生物力学研究进行较为全面的整理和总结,希望为开展运动损伤生物力学研究、运动损伤防护研究、临床与康复治疗等提供理论基础。     

颌面部高速投射伤时颅脑响应的生物力学研究

实验采用瑞典模型方法，选用重１．０３ｇ，射速８００ｍ／ｓ和１４００ｍ／ｓ的钢珠致伤犬（１０只）和猪头（２０只），建立重型颌面部损伤动物模型，记录致伤瞬间脑内压力、头颅冲击加速度和下颌骨、颞骨骨应变值，研究颌面部投射伤伴发颅脑损伤机理。实验结果证实，颌面部高速投射伤时，瞬时空腔效应、冲击波效应、冲击加速度效应骨间应力传导作用均参与颅脑的致伤过程。文中还对本研究相关的临床意义进行了讨论。     

骶骨骨折的动态冲击试验研究

目的:探讨骶骨在冲击载荷作用下发生骨折的机理。方法:采集人体新鲜骨盆标本10具,分别行动态冲击试验和静态破坏试验,测量动态骨折时的一系列动力学参数,确定骨折的动力学特性。结果:⑴骶骨受垂直冲击时按应力波的传递方向发生骨折,其动力学性质呈粘弹性,应力波呈周期性衰减,得到了骶骨的载荷响应曲线与应变响应曲线;骶骨骨折的平均冲击载荷为(9366±514) N,冲击时间为(2.78±1.02) s,动荷系数为1.21。⑵骶骨的动态破坏机制与静态破坏机制有很大的不同,不但极限载荷不同,而且前者随应变速率的提高而快速增加,冲击能量在25 J以上时呈脆性劈裂状通过骶孔或骶髂关节骨折,并累及神经根损伤,而静态大多为骶髂关节骨折。结论:骶骨骨折大都在高速冲击下发生,与其动力学特性、力的传导以及动载荷响应等诸多因素相关。     

股骨头缺血性坏死塌陷预测的生物力学研究

目的：探索不同部位囊性变对股骨头缺血性坏死的生物力学影响，为预测股骨头的塌陷和指导临床治疗方法的选择提供基础。方法：取新鲜股骨上段标本，行螺旋CT断层扫描，所得图像用Efilm软件系统处理，利用Ansys-5．7大型计算机软件建立股骨上段三维有限元异物同构模型，模拟股骨头内囊性变。施加3种不同载荷，分析股骨头内应力分布情况。结果：股骨头受压后，中央区域表现为压应力，而前方和后方区域则表现为张力，符合球体受压后的膨胀趋势。股骨头负重区下方及其内侧和外侧的囊性变应力集中最明显，易引起股骨头塌陷。当囊性变位于股骨头的前方、后方、中心和下方时，其上下缘的应力集中不是很明显，股骨头塌陷断裂风险不大。结论：股骨头内不同部位的囊性变对股骨头缺血性坏死的生物力学影响是不同的，三维有限元应力分析法可以预测坏死股骨头的塌陷，并指导临床选用适当的显微外科治疗方法。     

静态应力作用下骨盆侧方撞击的生物力学研究

目的构建侧方静态应力作用下骨盆骨的尸体模型,运用生物力学试验技术在垂直应力试验机上对单纯侧方受力导致的旋转不稳定骨盆骨折的生物力学特点及其发病机制进行初步探讨。方法选取正常成人骨盆试验标本12具,其中男性7例,女性5例;年龄45～68岁,平均年龄57.32岁。分为2组,每组6具。构建侧方撞击的生物力学模型,测量单纯静态侧方应力作用于髂嵴或股骨大粗隆时,不同工况下骶髂关节、髋臼、耻骨支等骨盆常见骨折部位的受力状况,用应变仪获得各试验点的主应变、主方向、垂直位移,以及测量静态应力下骨盆骨折阈值,并构建应变-时间曲线。结果①500 N静态侧方应力作用于髂嵴时,骨盆环结构中固定侧髂骨翼,对侧耻骨上支承载压（397±43）、拉应变（113.2±11.4）最大,受力侧坐骨支应变最小（23±7）;髂骨翼位移最大（4.6 mm）,髂嵴在静态侧方应力作用下的极限载荷（3 752±425）N;②股骨大粗隆在500 N静态侧方应力作用下,在骨盆环结构中,对侧耻骨上支承载压（277±31）、拉应变（401±53）最大,受力侧髂骨应变值最小（35±11）;左耻骨支位移最大（2.3 mm）。股骨大粗隆在侧方应力作用下的极限载荷（4 207±617）N;③静态侧方应力作用于股骨大粗隆时产生的骨盆各点位移均小于作用于骨盆髂嵴时产生的位移。结论①耻骨支及耻骨联合等骨盆前环结构对于维持侧方应力下骨盆环旋转稳定性至关重要。②生物力学试验能较好地反映静态侧方应力撞击下骨盆骨的生物力学特性。     

记忆合金网球支架治疗成人股骨头缺血性坏死的生物力学研究

目的：对比研究单纯髓芯减压、髓芯减压＋松质骨移植、髓芯减压＋松质骨移植＋记忆合金网球植入治疗成人股骨头缺血性坏死的生物力学行为。方法：取新鲜人股骨头0根，模拟髓芯减压松质骨移植治疗股骨头缺血性坏死的方法做成髓芯减压后的状态，用MTS生物力学实验机测得每例标本在单纯减压、减压值及植骨＋网球三种状态下的力学刚度，对其结果进行统计学分析。结果：单纯髓芯减压组和髓芯减压＋松质骨移植组统计学无明显差异，髓芯减压＋松质骨移植＋记忆合金网球植入优于前两种状态。结论：镍钛记忆合金网球植入增加了股骨头负重区软骨下骨的机械支撑，降低局部应力有利于股骨头坏死的修复与重建。     

自体筋膜固定治疗腰椎不稳的生物力学研究

目的:评价以自体筋膜为固定材料治疗实验性腰椎滑脱模型的可靠性。方法:以7具新鲜人体腰椎运动节段标本为对象,按正常、滑脱和筋膜固定组顺序,在MTS测试系统上进行载荷下屈伸试验。获得各组首次载荷循环及每隔250次,共5000次循环的运动范围和初始刚度值。结果:滑脱组活动范围大于正常组和固定组,有显著性差异(P<0.01);首次及第5000次循环载荷,正常组与固定组无显著性差异(P>0.05)。首次循环载荷下,滑脱组屈伸初始刚度均小于正常组和固定组,有显著性差异(P<0.01),正常组与固定组无显著性差异(P>0.05);第5000次循环载荷,正常组屈伸初始刚度与固定组均无显著性差异(P>0.05)。结论:以自身筋膜为固定材料来治疗实验性腰椎滑脱模型,可获得术后即时稳定并能在循环载荷下保持其固定效果。     

垂直应力作用下骨盆旋转位时的生物力学研究

目的运用生物力学实验技术在扭转实验机上对垂直并旋转不稳定型骨盆骨折的生物力学特点及其发病机制进行了初步探讨。方法选取正常成人骨盆实验标本12具,模拟正常人在单纯垂直应力作用下、单纯旋转应力作用下、垂直并旋转应力作用下、不同工况时,骶髂关节、髋臼、耻骨支等骨盆关键部位的受力状况,用应变仪获得骨盆各关键点的主应变、主方向,以及骨盆的极限应力及极限扭矩。结果①单纯垂直压缩状态下,在骨盆环结构中,骶髂关节附近(尤以骶骨侧)承载压、拉应变最大,耻骨、坐骨支最小。②单纯扭转状态时,骨盆各点所受拉应变明显增加,尤以耻骨上支处增加最为明显;各实验点中以左骶髂关节髂骨侧所受拉应变最大,而左骶髂关节骶骨侧所受压应变最大,且应变值随着扭矩增加而增加。③骨盆标本在单纯垂直应力状态下的屈服点载荷均值为2860N,极限载荷3600N;在单纯扭转状态下的屈服点扭矩均值为12.5°,极限扭矩15°。④无论在垂直应力或扭转应力下,髋臼前柱应变值均明显高于后柱。⑤耻骨支仅参与维持骨盆环的旋转稳定性,而骶髂关节对于维持骨盆环的垂直及旋转稳定性均至关重要。结论①垂直应力作用下骨盆旋转位时各实验点应变值远高于单纯垂直应力状态或单纯扭转状态。②骶髂关节等后环结构对于维持骨盆环在垂直及旋转应力下骨盆环的稳定性至关重要。     

面部碰撞对行人创伤性脑损伤影响的生物力学研究

为预测和评判行人面部碰撞对创伤性脑损伤机理及生物力学响应,结合计算机断层扫描（CT）和磁共振（MRI）医学成像技术,建立符合中国人体特征的50百分位头颈部几何模型和有限元模型。有限元模型中颅骨与脑之间的相对运动采用切向滑动边界条件,摩擦系数定义为0.2,模拟鼻骨斜碰撞、鼻外侧软骨正面碰撞、牙齿正面碰撞、下颌骨碰撞和颧骨外侧斜碰撞等5种典型面部碰撞交通事故场景,探讨应力波在颅骨和脑内传播路径,得到颅内压力、von Mises等效应力和剪切应力等生物力学响应参数分布规律。结果显示,鼻骨斜碰撞颅内压力峰值为236.7 kPa,von Mises应力为25.97 kPa,超过了大脑耐受阈值;颧骨外侧斜碰撞最大横向剪切应力分别为14.56 kPa和-18.07 kPa,促使脑组织产生了较大的剪切变形,存在严重脑损伤风险。结论表明：面部碰撞的位置和方向是导致面部骨折严重程度的关键因素,面骨骨折的位置决定创伤性脑损伤的部位,面骨骨折都带有一定程度的创伤性脑损伤;头部受到冲击时,面部结构能够吸收大量的冲击能量来保护大脑,降低颅脑损伤的风险。     

后交叉韧带在损伤后膝关节中作用的生物力学研究

目的：通过测试韧带切除对膝关节稳定性的影响，为后交叉韧带损伤的临床诊治提供实验依据。方法：采用１４例新鲜尸体膝关节，经三维运动试验机施加５种力偶，使膝关节产生三维运动。首先对完整标本进行测试，测得的结果为自身对照组，然后测试分别切除韧带后的三维变化。结果：经立体摄像机计算机图像处理得到正常膝关节的角位移运动范围为：前伸１８．３°±３．３°，外展３．４°±２．０°，内收４．８°±１．８°，外旋２３．９°±２．４°，内旋２６．６°±５．３°；单纯后交叉韧带切除后膝关节的角位移运动范围无限制性变化；继外侧副韧带切除后再行后交叉韧带切断时，膝关节的外展、内收运动出现限制性增大（Ｐ＜０．０５），而其旋转运动出现极显著性增大（Ｐ＜０．０１）。结论：后交叉韧带对稳定状态下的膝关节不影响其角运动。在膝关节处于不稳定状态时，后交叉韧带则具有限制内收、外展及旋转运动的作用。后交叉韧带不仅是胫骨后移的第一限制韧带，而且还是膝关节内收、外展及旋转的第二限制韧带。     

基于有限元法的人类头部损伤生物力学的模拟分析

根据正常头部螺旋CT扫描影像，通过对CT扫描影像的图像处理，利用计算机辅助工程技术，采用单元网格划分和三维重构技术，开发、建立了三维的人类头部有限元计算模型。应用本模型模拟颅脑在直接碰撞中的生物力学问题。计算模型比较真实地反映了头颅实际碰撞实验中的物理反应，比较忠实地再现了某些实验的结果，如头部撞击合力和脑压力/强等。同时，脑压力，强的分布再次证实了经典的撞击压-对撞压产生理论。本研究的计算模型可为进一步的头部损伤生物力学研究提供一种新的工具。