具有双特征时间参数的生物软组织黏弹性性质的理论研究

目的 探索描述生物软组织黏弹性特性的普遍行为或规律。方法 根据生物软组织的力学结构,构建由两个线性弹簧和两个黏壶的不同组合构成的四元件黏弹性结构模型;并通过弹性理论,结合不同黏弹性模型的几何构型推导其运动微分方程,利用其微分方程分析不同四元件模型的应力松弛和蠕变行为以及反映弹性和黏性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间。结果 所有可能的四元件黏弹性模型都具有普遍的本构关系、应力松弛和蠕变函数形式。通过比较模型预测结果与主动脉瓣、韧带和脑动脉等生物软组织的实验数据发现,四元件黏弹性模型能够很好地描述生物软组织的力学行为。“快”和“慢”两个特征时间τ1和τ2对生物软组织的应力松弛具有显著的影响。“快”松弛时间τ1对应力达到稳定态所需时间有明显的影响,而“慢”松弛时间τ2对松弛率的影响不显著,但对应力松弛的稳定态有明显的影响。结论 生物软组织的时间依赖性行为可以通过两个特征时间尺度来表征,即“快”和“慢”时间;且具有两个特征时间的生物软组织的应力 应变关系、应力松弛和蠕变函数具有相同的数学形式,这与所选择的弹簧和黏壶的配置和排列无关,但为保证模型力学参数的合理性,针对不同的生物软组织应选取适合的模型。     

不同年龄段人群行走足底压力特征分析

目的获取不同年龄段人群正常行走时足底压力的动力学参数,为设计制作不同年龄段鞋垫和运动鞋提供理论依据,最大程度减小足部发生损伤的风险。方法使用Footscan测力平板对4个年龄段120名受试者(20～30、30～40、40～50、50～60岁男女各15名)足底压力峰值、压强峰值进行测试。结果足底压力峰值随着年龄增长不断变化,大部分呈上升趋势,只有在第1趾骨区域随着年龄的增长压力峰值逐渐减小,第1趾骨区域女性足底压力峰值在逐渐减小;大部分受试者第2、4拓骨头受力明显高于第1、5跖骨; 50～60岁年龄段男性第2跖骨压力峰值也明显大于20～50岁年龄段人群(P0. 05)。随着年龄增长,仅仅第1趾骨压力峰值逐渐减小,其余区域均呈现增长现象;压强峰值有显著变化,尤其以第2、3跖骨变化最大,呈上升趋势(P0. 05)。结论人体足底各分区的压力、压强随着年龄增长并非一成不变,找出每个年龄段人群足底压力特点,制定相应的运动鞋,才能更好发挥运动鞋的功能。