股骨颈骨折空心钉内固定手术参数的优化分析

闭合复位空心钉内固定手术是目前治疗股骨颈骨折的常用方法,采用有限元方法对空心钉内固定手术进行力学综合分析,根据股骨近端力学实验的结果,建立股骨近端有限元分析模型,对可能影响手术效果的患者体重、骨折线角度、空心钉布局与角度等几个参数进行分组分析,提取骨折面、钉子的应力应变分析结果,获得了216组不同手术参数组合的情况下,影响术后愈合与承载能力的骨折端面的错位位移、钉孔底部应变、钉子最大应力、股骨最大应变四个参数,并进行综合分析比较,找到一组符合生物力学规律的内固定治疗参数,并应用于医疗机器人手术参数规划及手术效果的评价系统。     

松质骨微观骨小梁结构的生物力学有限元分析

股骨松质骨具有骨小梁的微观结构,其单元特性影响了股骨的整体力学性能.找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以帮助人们有效地进行松质骨及股骨整体的生物力学特性分析.本文采用不同结构的微观骨小梁单元模型,分析各单元的生物力学特性,并采用有限元方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,获得了骨小梁单元密度与单元生物力学特性的关系的综合分析结果,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,并应用于股骨松质骨建模.仿松质骨的骨小梁结构可以有效提高整体生物力学性能,所获得的微观单元优化结构可以应用于仿生结构材料的制造.     

后路椎间融合术后全腰椎模态分析

目的研究日常生活中振动环境对后路椎间融合术患者的影响。方法建立正常全腰椎和固定L4～5节段全腰椎有限元模型,在L1上终板添加40 kg质量点,并进行模态分析。结果与正常全腰椎相比,后路椎间融合术后全腰椎的各阶共振频率均降低,对应振型的主运动也发生改变;术后模型第1、2阶固有频率分别为2.94、3.81Hz,均接近日常生活中的振动频段;在前3阶振型中,术后模型L2和L3节段后部单元振幅均增大,增大了该部位术后退变的风险,L3～4节段椎间盘振幅明显增大,特别是该椎间盘靠近L3节段的部分,可能会增大其应力和应变,进而加速其退变。结论基于后路椎间融合术后腰椎的模态分析,研究融合术后腰椎振动特性的变化,为术后患者恢复和健康生活提供一定理论指导。     

生长棒不同固定术式治疗早发性脊柱侧凸的生物力学分析

目的 研究生长棒技术治疗早发性脊柱侧凸过程中不同上固定节段选择对术后脊柱生物力学特性的影响。方法 利用有限元技术分别建立同一患者行生长棒术前以及术后T1～L4、T2～L4、T3～L4固定共4个脊柱模型（C6～S1节段）,在C6上表面分别施加7 N·m力矩载荷和1 rad角位移载荷,分析上固定椎体邻近结构的生物力学特性。结果 生长棒术后脊柱整体活动度（range of motion, ROM）显著下降,固定T2～L4节段时,脊柱活动受限最大,邻近椎体代偿性活动显著增加,椎间盘应力增大最明显。结论 生长棒上固定选择T2节段时,术后发生交界性胸椎后凸和脊柱退行性病变的风险最高,在临床手术中应加以避免。     

一种基于LabVIEW的呼吸机控制系统设计

设计一种呼吸机控制系统．被控对象为比例阀和电机．以实现呼吸机的基本功能。采用LabVIEW设计的软件直接与硬件互连．进行硬件环仿真和算法设计的验证和评估。采用上层上位机和下层实时机运行无实时要求和有实时要求的程序．上下层之间通过TCP／IP通信。软件程序设计模块化，可扩展性强，易于维护，并且可以方便地将原型开发阶段的成果无缝连接到实际的嵌入式产品．加快开发速度．提高开发效率。     

前路融合术后持续性前屈载荷下邻近节段黏弹特性研究

目的分析前路融合术后持续性前屈载荷下邻近节段的黏弹力学特性,进一步了解椎间融合术后邻近节段加速退变的机制。方法采用羊腰椎双节段样本,分别对融合前后的样本施加相同前屈位姿载荷,持续时间30 min,记录力矩松弛和邻近节段角度数据。分别对两组力矩松弛数据进行拟合,得到定量的黏弹性比较结果。结果融合后整体的初始和最终力矩分别显著增大30.68%、34.34%。上邻近节段的黏弹性变形显著增大28.21%。Prony模型可以很好拟合力矩松弛曲线(R~2=99.50%),融合后的整体刚度显著增大47.82%和31.14%,黏性显著下降27.19%和28.76%(P0.05)。结论融合术后脊柱保持相同姿态相同时间后,关节需承受更大的载荷以维持姿态;上邻近节段出现更大的黏弹性变形,增大不稳和损伤风险,均可能造成邻近节段加快退变。临床研究应更多关注准静态载荷对邻近节段退变发生的机制。     

股骨颈骨折手术空心钉内固定的生物力学综合分析

目的 复位和三枚空心钉内固定是目前治疗股骨颈骨折的常用方法,利用有限元方法对空心钉内固定手术进行力学综合分析,可以找出一种符合生物力学规律的内固定治疗方法.方法 采用材料力学理论计算,分析了人单足站立时,骨折面所承受的螺钉预紧力和髋关节作用力所产生的轴向压、垂直分力和由此引起的弯距对骨折面与螺钉的综合力学效果.结果 获得了三颗空心钉内固定手术后,由各种力的综合作用所产生的螺钉及骨折面产生的内应力,并与许用应力值进行了比较.结论 从力学角度看,用空心钉内固定治疗股骨颈骨折手术是安全可靠的,术后病人可以快速复原,而且三枚空心钉的倒三角布局力学效果优于正三角布局.     

后路固定术治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究

为了给胸腰椎爆裂性骨折病人手术方式的选择提供理论支持和临床依据,建立T10-L2节段正常脊柱模型、爆裂性骨折模型,经伤椎单节段固定模型、经伤椎双节段固定模型和跨伤椎短节段固定钉模型。在T10上表面施加400 N的压缩载荷和7.5 N·m的力矩,模拟人体前屈、后伸、左/右侧弯和左/右侧旋转6种生理活动,利用有限元方法分析3种手术固定方式的生物力学特性。结果表明,与完整的正常脊柱模型相比,3种固定模型在所有运动状态下的活动度(ROM)均有所减少。相比经伤椎双节段内固定模型,经伤椎单节段内固定模型在前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6种受力状态下,椎弓根螺钉上的应力分别增加了78.1%、87.8%、90.5%、81.3%、51.3%,72.3%。经伤椎单节段固定术系统的活动度和正常脊柱最为相似,其在恢复脊柱稳定性的同时可最大可能地保护脊柱原有的力学属性,但其钉棒的最大应力远高于经伤椎双节段固定术。对于失稳严重的损伤,经伤椎双节段固定术可明显降低螺钉应力,同时提高脊柱的稳定性。     

面向逆向动力学仿真驱动和验证的半蹲式跳伞着陆实验研究

目的半蹲式跳伞着陆模拟实验的设计和相关数据测量,为逆向动力学软件AnyBodyModelingSystem模型的建立、驱动和验证提供数据。方法根据逆向动力学分析数据驱动和验证的需要,受试者从0.32m高的平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。对受试者下肢关节运动学参数、地面反力以及下肢4块主要肌肉的肌电图进行测量。结果受试者在与地面接触前后1s内,髋、膝、踝关节角度随时间的变化、右脚地面反力以及压力中心轨迹用来驱动模型;肌电活动性测量数据用来验证模型。结论实验设计可以满足肌骨模型分析的要求,并可用于对半蹲式跳伞着陆的进一步研究。     

模拟跳伞着陆中踝关节防护对下肢肌电活动性的影响

目的研究踝关节外固定防护在模拟半蹲式跳伞着陆中对下肢肌电(Electromyogram,EMG)活动性的影响及其性别差异。方法男女各8名健康成人受试者从0.72m高平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。实验状态分赤足对照、佩戴护踝和绷带3组。测量其胫骨前肌、外侧腓肠肌、股直肌和股二头肌的肌电图。使用二因素方差分析评价防护和性别对EMG参数的影响。结果使用护踝显著增加男性胫骨前肌触地前EMG幅值(赤足对照:266μV;绷带:368μV;护踝:552μV),防护对其他EMG参数无显著性影响。结论使用护踝仅对男性跳伞者有显著的防护作用;踝关节防护对膝关节EMG活动性无显著性影响。