人体足部生物力学的研究

人体足底压力和剪切力的测量，运动状态下足部各关节、骨和韧带的作用及影响，以及足部生物力学建模和有限元分析是足部生物力学研究的热点，也是足部疾病康复研究的基础。本文对上述三方面的研究作了综述并提出了今后研究的重点。  

腰椎小关节的生物力学研究：三维有限元分析

作者对于腰椎小关节进行了三维有限元分析。结果表明,腰椎小关节在直立位、前屈位和后伸位时,均出现明显的应力集中。而腰椎间盘退变时,其应力水平又较正常时升高。作者认为,腰椎小关节过载可能是引起腰背疼痛的原因之一。腰椎间盘退变可使小关节承载加大。引起小关节的一系列病理变化,进而导致神经根管狭窄及神经根卡压。  

椎体成形术后相邻椎体终板应力变化的有限元分析

目的：利用有限元方法分析椎体成形术对相邻椎体终板应力变化的影响。方法：在已建立的胸腰段骨质疏松性椎体压缩性骨折三维有限元模型上，模拟经皮穿刺椎体成形术(PVP)过程在胸12椎体中置入骨水泥，分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前后相邻椎体终板的应力变化。结果：胸11下位终板和腰1上位终板手术前后总体应力变化不大。但两终板中间部分的应力在各种状态下术后较术前均有增加。结论：注入较小剂量(胸124．0ml)骨水泥，PVP不足以引起由于应力集中而造成相邻椎体骨折可能性增加。PVP中较小剂量的骨水泥注入是安全有效的。  

医用心血管支架的非线性有限元分析

经过扩张过程获得的医用心血管支架几何形状或力学结构对于其长期的生物相容性是非常重要的，研究支架的扩张过程具有重要的意义。本文采用非线性有限元法模拟了支架的自由扩张。在研究中，将支架扩张的整个过程看成由多个极短的平衡过程组成，在每个过程中支架所受载荷视为常量进行有限元分析，解决了支架所受非线性载荷；利用合适的边界条件，结合BFGS方法，在采用规定某个结点的位移增量以确定载荷增量的办法解决塑性大变形分析中结果不对称的难题下，较好地模拟了支架的自由扩张。计算结果和实验结果吻合得较好。本研究提出的医用心血管支架有限元分析方案是合理的。  

中国力学虚拟人

“中国力学虚拟人”是国家自然科学基金重点项目。它是一个人体骨肌系统参数化几何模型,通过输入人体参数,可以转换为具体研究对象的骨肌系统模型;通过运动捕捉系统,可以将测量得到的人体运动转换为骨肌系统模型的运动;通过运动、动力学分析和肌肉力计算,可以得到一个行为过程中的关节力和肌肉力;它同时是人体全身骨肌系统的有限元模型,可以做全身骨骼或局部骨骼的有限元分析。该项目将开发一个大型软件,支撑上述计算工作。它将在医学、医疗器械设计、人机工程学、体育与艺术科学、人身事故分析等广泛领域获得应用。骨肌系统建模的基本参数取自中国可视化人的研究成果。  

单双侧小关节分级切除的有限元分析

目的 :研究单双侧小关节部分和全部切除对腰椎稳定性影响。方法 :采用三维有限元法建立腰椎活动节段 (L3～L4 )的数学力学模型。结果 :全部切除L3～L4 节段间小关节 ,椎间盘纤维环的最大应力由 0 .72MPa上升为 0 .81MPa。活动节段的运动范围在单、双侧小关节切除时有明显增大 ,其最突出的倾向表现在轴向旋转和后伸旋转时 ,而前屈时最小。结论 :小关节不同程度切除后 ,腰椎活动节段纤维环最大VonMises应力的变化与其相对应的活动范围的变化呈明显的相关性。一侧小关节主要是限制活动节段向外侧扭转和向对侧弯 ,而对同侧的限制作用则较小  

张应力作用下体外细胞培养膜上应力分布的三维有限元分析

在自行研制细胞张应力施加装置的基础上，建立细胞张应力施加装置中生物膜三维有限元模型，模拟施加不同大小的静水压力，采用有限元应力分析的方法计算生物膜（硅胶膜）上的张应力及位移分布及其规律，为相关的细胞力学实验提供理论依据。  

骨质疏松老年妇女有限元模型的建立

目的：应用骨质疏松老年妇女腰1椎体多层螺旋CT(MSCT)扫描影像建立骨质疏松椎体三维有限元模型，分析骨质疏松性椎体的应力分布情况。方法：对1例患骨质疏松症的老年女性志愿者进行L1、L2椎体MSCT扫描，将其原始数据传输至计算机工作站，经容积性QCT(vQCT)技术行BMD测量。将L1椎体经回顾性重建形成的层厚为0．625mm的CT横断面像通过ANSYS7．0软件建立骨质疏松椎体有限元模型。将其赋于生物力学参数值，经模拟施行纵向生理性载荷加压后观察椎体各部位应力特性的变化。结果：骨质疏松老年妇女椎体的三维有限元分析表明皮质骨应力水平较高，但各部位存在不均一性；小梁骨应力水平较骨皮质低，椎体中部略偏后方和上下终板附近应力水平较高，数值范围为11．6～15.4MPa。结论：经MSCT像成功建立了骨质疏松老年妇女腰椎三维有限元模型，此模型可用来进行骨质疏松性椎体应力分布情况的活体分析。  

多曲方丝弓生物力学特性的三维有限元研究

采用三维有限元法比较分析后倾弯多曲方丝弓、理想弓和 Ni Ti弓在无牵引力、长 类牵引力作用下的矫治效果 ,在此基础上研究多曲方丝弓的整体力学特性 ,揭示多曲方丝弓技术矫治特点 ,探讨其作用机理。结果表明 :(1)无牵引力时 ,以第一、二前磨牙之间为界 ,多曲方丝弓矫治分别使前后牙向前后倾斜 ,且对前牙有压低作用 ;理想弓 (ss方弓 )与 Ni Ti弓矫治力的方向相同但大小不同 ,Ni Ti弓的作用更趋柔和 ,对前牙有轻微伸长作用 ,对后牙有一定压低作用 ,且使磨牙后倾、其余牙前倾。 (2 )长 类牵引时 ,三种弓丝对后牙的后倾作用有所增大 ,但 Ni Ti弓增加比例最大 ;多曲弓使切牙前倾 ,其余牙均向后倾 ;理想弓和 Ni Ti弓则没改变牙的倾斜方向。 (3)无论是预应力单独作用或预应力与牵引力同时作用 ,在牙根上产生的最大压应力均呈现出理想弓矫治时最大、Ni Ti弓居中而多曲弓最小。由此从理论上证明 ,多曲方丝弓矫治技术有利于下颌 Spee氏曲线的整平和牙齿的个别调控 ;对牵引力的传递作用强 ;同时矫治力柔和持久。  

股骨颈骨折内固定方式的有限元分析

目的　研究股骨颈骨折不同内固定方式对骨折端应力分布规律的影响 ,寻找符合生物力学原理的最佳内固定方式 ,为临床应用提供理论依据。方法　在Pro/ENGINEER中建立股骨近端实体模型 ,导入ANSYS 5 7建立有限元模型。在单钉固定的情况下对Pauwel,s角为 5 0°的经颈型骨折模型施加载荷 ,通过不同固定角度时的力学特征综合评价固定效果 ,并找出最佳固定角度 ;对该最佳固定角度下多钉不同固定方式进行计算和分析 ,评价不同固定方式的优劣。结果　单钉固定时当固定角度为 5 0°时 ,各参数同时达到最小值 ,说明以该角度固定可取得最佳的力学效果 ;如采用多钉固定 ,两钉横放效果最差 ,两钉竖放抗扭性较差 ,两钉斜放和三钉固定时力学环境好。从临床实用角度综合分析 ,单钉固定力学效果较好 ,且操作简单。结论　不同固定角度和螺钉组合方式对骨折面的力学环境有重要影响。