站、坐位态骨盆应力分布的实验研究

目的：明确骨盆的应力分布，指导骨盆肿瘤瘤段骨切除后骨盆环的重建及人工半骨盆的设计与固定。方法：实验取完整骨盆的新鲜尸体（意外死亡）4具，采用应变计测量方法，对不同状态下骨盆的应力进行分析。结果：站立时，骶髂关节中部、耻骨支、髋关节前上方承受较大的压应变；而坐位时，坐骨支、骶髂关节中下部、耻骨支均承受较大的压应变。结论：站立时应力主要是经髋臼的前上方耻骨、骶髂关节传导，人工半骨盆置换设计与置换时，其结构应予加强，并作到确切固定，尤其是骶髂关节的中下部。     

在静力作用下人体两侧股骨与骨盆模型应力分布实验研究

本文报道了应用实验应力分析法在３００Ｎ、６００Ｎ、９００Ｎ力作用下对正常国人股骨和骨盆模型进行应力分布测定。定量给出了人体两侧股骨与骨盆结构模型各部位的线应变、主应变、主应力、主应力方向角度。确定了该结构模型的骨折好发部位。为预防人体两侧股骨与骨盆结构的损伤和设计内、外固定器械提供生物力学参数     

在体鼠小肠应力-应变实验研究

目的 研究在小肠生物学特性。方法 将16只Wister大鼠分为两组，在体组10只，离体组6只，对末端回肠做充压实验。罂粟碱腹腔注射用于抑制平滑肌的收缩。充压范围0－8cm H2O，每1cmH2O为一级。充压后将肠管剪成肠环和竖条以获得肠管的无载荷和零应力状态。根据所摄图象测量的数据，计算Kirchhoff应力和Green应变。结果 （1）大鼠回肠应力－应变曲线无论在体还是在离体状态均符合指数方程τ=（τ^* β）^e^α（ε-ε^*）-β（相关系数＞0.96)。（2）应力－应变曲线环向较纵向明显右移，在体组无论环向还是纵向均较离体组的曲线陡直。（3）与参照零应力状态所得应力应变曲线相比，参照无载荷和零压力状态所得应力应变曲线，在环向移向左侧，纵向移向右侧，差别有统计意义（P＜0.05)。结论 （1）回肠应力－应变曲线关系具有非线性和各向异性特点，提示肠壁硬度在体状态高于离体状态，环向高于纵向。（2）将零应力状态作为基础参照对研究消化道应力－应变特征至关重要。     

120垂直载荷下静力位正常骨盆的生物力学研究

目的探讨静力位正常骨盆在垂直载荷下的生物力学情况,为骨盆骨折各种生物力学测试提供生物力学参数.方法5具骨盆标本应用应变电测法,在不同载荷作用下对正常国人骨盆应变分布、刚度及位移进行测定,采集8个反复1500N载荷情况下骨盆的各个部位的应变值进行比较.结果骶髂关节处应变最大,骨盆能承受2000N以上的载荷,在8次1500N的反复载荷下,骨盆的刚度和应变未出现明显改变.结论垂直载荷下,骶髂关节处应变最大,为骨折的好发部位,正常骨盆的极限失效点在2000N 以上,1500N 的垂直载荷位于骨盆的弹性区间之内.     

食管分层应力-应变研究

目的　探讨食管壁各层环向应力 应变分布特征。方法　将 8只Wister大鼠的食管标记、测量在体长度后剪下置于去钙离子Krebs液中。剪下标记的中段食管用做充压试验 ,将其在显微镜下分离成内层食管 (粘膜和粘膜下层 )和外层食管 (固有肌层 )。充压时全层和分层食管均被拉长至在体长度 ,以每分钟升高 2cmH2 O速度匀速充压。根据所测图像的几何数据计算全层和分层食管的Kirchhoff应力和Green应变。零应力状态作为计算应力和应变的基本参照状态。结果　 (1 )食管离体后较在体长度缩短 2 4%。 (2 )全层食管和分层食管的环向应力 应变曲线均符合指数方程τ =(τ +β)eα(ε-ε ) -β(判定系数 >0 .96) ,为非线性关系。 (3 )与全层食管相比 ,分层后内层食管应力 应变曲线较陡直 ,且移向左侧 ,差别有统计意义 (P <0 .0 5 ) ,外层食管的曲线移向右侧 ,差别无统计意义 (P >0 .0 5 ) ,内外两层食管的应力 -应变曲线亦有统计差别 (P <0 .0 5 )。结论　食管壁各层环向应力 -应变均符合非线性关系 ,食管内层不如外层易变形     

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。     

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。     

坐位骨盆的三维有限元分析

背景：由于骨盆具有复杂的结构,目前对于坐位骨盆的生物力学研究较少,有限元法日益成为骨盆生物力学研究的重要手段。 目的：以有限元法研究成人正常静态坐位骨盆应力分布。 方法：获取正常成年女性全骨盆CT扫描图像,利用CT数据通过Mimics 10.0对图像数据进行重建,利用Geomagic,Proe5.0进行实体建模,输入ANSYS。再根据解剖部位建立骨盆主要韧带。对S1椎体上终板施加600 N静载荷模拟坐位时骨盆受力环境,计算该加载方式下骨盆的应力、应变及位移的分布情况。 结果与结论：垂直加载600 N载荷于骶骨上表面时重力由骶骨经骶髂关节向下传递,到达坐骨结节。此时的坐骨结节处承受较大压应力。有限元模型在静载荷下的特征部位应力、应变值基本能够反应骨盆特有的力学结构特性,模型的准确性较高。计算结果与文献中报道的结果相近,建立的人体全骨盆三维有限元模型较客观地反映人体骨盆的解剖结构和力学特性,可作为骨盆生物力学研究的工具及满足临床研究的需要。     

正畸力作用下上颌尖牙牙周膜的应力应变分布

背景：口腔临床工作者可以根据牙周膜应力分布控制正畸施力的方式和大小,从而优化正畸力系统设计。 目的：分析正畸力载荷作用下牙周膜的应力应变分布。 方法：将上颌尖牙牙根近似为抛物线形柱体模型,分析上颌尖牙牙根在正畸力作用下牙周膜应力应变分布。对模型加载、求解,对近似模型在剪力、轴力、弯矩以及扭矩分别作用下牙周膜应力应变分布进行分析,并将计算结果应用到正畸力作用下牙周膜应力应变分析。 结果与结论：实验结果显示有限元分析和理论计算结果差别较小,最大为13.4%,并且高应力区出现在牙槽嵴顶部截面。正畸力作用下牙周膜中应力应变分布比较复杂,应力应变分布不仅与牙根长度,还与不同的加载力系统有关。因此临床治疗过程中,口腔医生应适当地考虑这些因素。 关键词：牙周膜;正畸力;应力应变分布;上颌尖牙;生物力学 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.13.009     

正常大鼠不同动脉血管应力-应变分布的比较

通过充压实验和无载荷状态及零应力状态,我们研究了16只雄性大鼠的胸主动脉、腹主动脉、左颈总动脉、左股动脉和左肺动脉的形态学和应力－应变分布特征,并比较了不同血管间的差异。结果表明,血管的内外周长、管壁和管腔面积、管壁厚度、管壁厚度与内半径之比以及在不同压力负荷下血管外直径的变化,五条动脉之间有显著差异（P＜0.01）。展开角在肺动脉最大,而胸主动脉最小（P＜0.01）。残余应变绝对值和残余应变梯度在股动脉最大,而在胸主动脉最小（P＜0.01）。应力－应变关系分析证明,在周向上,股动脉最硬;在轴向上,胸主动脉最硬。而在这两个方向上,肺动脉最软。本实验表明,无论在形态学指数方面,还是在生物力学特征方面,五条动脉血管间都有显著差异。     

距骨和跟骨的压应力实验研究

本文对正常人体不规则骨—距骨和跟骨进行了压应力实验研究,给出距骨、跟骨的破坏载荷与强度极限,并对其损伤机制进行分析。实验结果不仅有助于阐明距骨和跟骨的生物力学性能,而且能够满意地解释临床上所见到的距骨和跟骨骨折,以及骨折与几何学形状之间的关系。     

Effects of Trochanteric Soft Tissues and Bone Density on Fracture of the Female Pelvis in Experimental Side Impacts

Pelvic fractures continue to be a source of morbidity and mortality for occupants in motor vehicle side impacts, especially among women. Previous studies have produced fracture tolerances for the female pelvis, yet the roles of soft tissues and bone quality remain unclear. Presently, we studied the influence of trochanteric soft tissue thickness (T) and total hip bone mineral density (BMD) on pelvic fracture of 10 female human pelves subject to lateral impact centered over the greater trochanter. Multiple impacts of increasing severity were performed and impact force, energy, impulse, compression, and viscous criteria were quantified. BMD and T were found to be additive predictors of the fracture force. For a given BMD, the force to fracture was significantly higher than that found previously using isolated pelvic bones. Impulse was found to positively correlate with T; however, maximum compression, viscous criterion, and energy to fracture were independent of BMD and T. The force tolerance at 25% probability of fracture found presently (3.16 kN) is substantially below previously reported values. The results suggest that the trochanteric soft tissue thickness and total hip BMD have a significant bearing on fracture outcome for the female pelvis in automotive side impact.     

基于螺旋CT构建人体骨盆三维有限元模型

目的 利用作者所在研究所自行开发的两种图像处理软件GETCT和MedGraphics，构建骨盆三维有限元模型。方法 CT图像处理、截面轮廓线信息处理、数字有限元分析。结果 准确快速的建立了人体骨盆的三维有限元模型。结论 利用上述两种软件以及一些现有的软件可以准确，快速地构建人体骨盆的三维有限元模型，并进行计算。有限元分析结果表明该方法可用于构建骨盆有限元模型。     

人脊柱棘间韧带与黄韧带应力松弛实验的研究

从应力松弛力学特性角度对棘间韧带和黄韧带进行定量分析,为人工韧带材料研究和韧带损伤吻合手术提供应力松弛力学参数。将标本装夹于软组织夹具中,之后装夹于电子万能试验机夹头内,驱动机器以1%/s的应变增加速度对标本施加拉应变,在36.5℃温度场下进行实验,采集90个数据,实验结束后计算机自动输出7 200 s之间应力松弛数据和曲线。棘间韧带组7 200 s应力松弛量为1.06 MPa,黄韧带组7 200s应力松弛量为1.62 MPa。棘间韧带和黄韧带具有不同的应力松弛力学特性。     

Stress Variations in the Human Aortic Root and Valve: The Role of Anatomic Asymmetry

The asymmetry of the aortic valve and aortic root may influence their biomechanics, yet was not considered in previous valve models. This study developed an anatomically representative model to evaluate the regional stresses of the valve within the root environment. A finite-element model was created from magnetic-resonance images of nine human valve–root specimens, carefully preserving their asymmetry. Regional thicknesses and anisotropic material properties were assigned to higher-order elastic shell elements representing the valve and root. After diastolic pressurization, peak principal stresses were evaluated for the right, left, and noncoronary leaflets and root walls. Valve stresses were highest in the noncoronary leaflet (538 kPa vs right 473 kPa vs left 410 kPa); peak stresses were located at the free margin and belly near the coaptation surfaces (averages 537 and 482 kPa for all leaflets, respectively). Right and noncoronary sinus stresses were 21% and 10% greater than the left sinus. In all sinuses, stresses near the annulus were higher than near the sinotubular junction. Stresses vary across the valve and root, likely due to their inherent morphologic asymmetry and stress sharing. These factors may influence bioprosthetic valve durability and the incidence of isolated sinus dilatation. © 1998 Biomedical Engineering Society. PAC98: 8745Bp, 8710+e, 0270Dh     

一种血管张应力体外加载装置的实验研究

目的研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布。方法基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置。利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布。利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算。将实验结果和模拟结果进行比较。结果有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的最大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀。硅胶片中间60%面积区域可视为均匀应变场。结论研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术。     

Stress analysis of a plate-rod system for scoliosis correction

To study the stress–strain relationships of intervertebral discs and vertebrae when using a plate-rod system for scoliosis, a mechanical model of scoliosis was built based on the similarity principle. The stress variation on the spine, which was under the coactions of lengthwise load and correcting load, was measured by photoelastic and strain gauge methods. The model test results indicate that the added value of compressive stress on the concave side of the spine (0–1.5 MPa) is larger than the added values of compressive stresses on the spine's convex side and concave ligament (0–200 N). This demonstrates that the lengthwise load (weight) can increase the seriousness of scoliosis. In addition, it was shown that tensile stress is formed on the concave side of the scoliosis model when the compressive stress decreases (1.5–0 MPa), due to the effect of the correcting load. It can be seen that plate-rod systems can correct scoliosis effectively.     

模拟全髋关节置换术后两种假体的应力对比分析

对比分析置入解剖型假体和置入传统型假体应力遮挡效应,为临床提供生物力学基础。随机取5个为模拟全髋关节置换术以（北京普鲁士钢研外植入物有限公司）传统型假体置入的股骨组,随机取5个以（德国LINK公司）保留股骨颈解剖型假体置入股骨组。首先在正常股骨标本的各测点上黏贴电阻应变片,进行应变电测量之后,待标本在室温不受力状态下放置24h后,对正常股骨标本分别置入传统型假体、保留股骨颈解剖型假体,分别测出置入传统型假体组和解剖型假体组股骨各测点的应变值,计算各测点的应力值,根据应力遮挡率计算公式,计算应力遮挡率值。置入传统型假体组股骨标本近端1～10号测点应力遮挡率值大于置入解剖型假体组股骨标本近端1～10号测点应力遮挡率值,差异显著（P＜0．05）。解剖型假体和传统型假体具有不同的防应力遮挡效果,保留股骨颈解剖型假体防应力遮挡效果显著。     

Effect of Fatiguing Exercise on Longitudinal Bone Strain as Related to Stress Fracture in Humans

Muscular fatigue in the training athlete or military recruit has been hypothesized to cause increased bone strain that may contribute to the development of a stress fracture. Under normal circumstances, muscles exert a protective effect by contracting to reduce bending strains on cortical bone surfaces. In vivo strain studies in dogs show that muscle fatigue following strenuous exercise elevates bone strain and changes strain distribution. However, a similar experiment has yet to be performed in humans. The purpose of this work was to test the hypothesis in humans that strenuous fatiguing exercise causes an elevation in bone strain. It was also hypothesized that this elevation is greater in younger people than in older people due to the decline in muscle strength and endurance that normally occurs with age. To test these hypotheses, strain in the tibiae of seven human volunteers was measured during walking before and after a period of fatiguing exercise. Neither hypothesis was sustained. Post-hoc analysis of the strain data suggests that strain rate increases after fatigue with a greater increase in younger as opposed to older persons. Although not conclusive, this suggests that it is strain rate, rather than strain magnitude, that may be causal for stress fracture. © 1998 Biomedical Engineering Society. PAC98: 8745Dr, 8745Bp, 0180+b