三维运动捕捉技术在颈椎整复手法中肢体运动轨迹的在体研究

目的:通过三维运动捕捉与分析系统,采集与分析手法运动数据,归纳肩、肘、膝和踝关节运动特点。方法:由1位施术者在头部、躯干、左右肩峰、肘关节内外侧、腕关节内外侧、前臂外侧、上臂外侧、髂前上棘、髂后上棘、股骨大转子、胫骨结节、内外侧膝、腓骨小头、内外侧踝、足跟、双侧大腿、小腿胫骨外侧以及第1、2、5跖骨头、粘贴光标,对1位受试者完成1次颈椎“骨错缝、筋出槽”治疗的右手手法操作周期,重复5次,对施术者右侧肩、肘、膝和踝关节运动轨迹进行捕捉、记录、计算和分析。结果:手法操作过程中4个关节运动轨迹的趋势一致,其中肘关节的离散度最为明显。肩关节和肘关节的三维活动度明显,而膝关节和踝关节相对较小,然而膝关节的屈伸活动明显大于旋转和侧弯活动。结论:石氏伤科颈椎整复手法的上肢关节灵活性较高,而下肢关节的稳定性是重要保证,其中同侧膝关节通过屈伸活动来辅助上肢发力;红外线三维运动捕捉与分析系统建立的手法模型可以为教学和基础研究提供新的研究思路。     

基于MRI的全膝有限元模型建立与前交叉韧带重建术模拟方案

目的建立完整的人体膝关节三维有限元模型,并在此基础上建立了用于前交叉韧带重建模拟的胫股骨隧道和人工韧带模型,为进一步分析打下基础。方法以MRI图像作为数据源,运用逆向工程软件Geomagic及有限元分析软件ANSYS9.0,参考大量有关实验测试数据的文献报道,建立所需三维有限元模型。结果建立的膝关节三维有限元模型包括胫腓骨上段、股骨下段、胫股骨软骨层、胫股骨隧道、内外侧半月板、后交叉韧带、内外侧副韧带和髌韧带,几何形状良好。胫腓骨隧道和人工韧带的模拟巧妙简便,基本可以满足有限元分析的需要。结论采用MRI图像建立膝关节三维有限元模型切实可靠,能很好地模拟膝关节内部的真实解剖结构及前交叉韧带重建术中的胫股骨隧道。     

Paiban骨组织单电极射频消融的范围及热场分布

背景：保证射频消融治疗效果的关键问题是准确判定病灶内的加热温度及范围。目的：观察骨组织单电极射频消融的范围和热场分布情况。设计、时间、地点：对比观察实验,于2007-09/12在上海长海医院中心实验室完成。材料：成年黄牛胫骨新鲜标本15例,MSIS-1500型射频仪为美国迈德医疗科技有限公司生产。方法：使用射频仪及单电极射频针对15例新鲜牛胫骨标本进行射频消融,设置中心温度95℃,持续15min,消融中测量电极旁20mm范围内骨皮质和骨髓内16个测温点的温度。主要观察指标：消融过程中各测温点温度随时间变化及骨组织内部凝固形态和范围。结果：在骨髓和骨皮质分别形成以电极为中心半径为10mm和5mm的50℃以上高温区;电极周围骨皮质成苍白色,界限不清;骨髓凝固区域沿电极呈纵椭圆形,垂直电极方向最大横经约17.2mm,沿电极方向的最大长径平均约23.6mm。结论：单电极骨组织射频消融范围较小,用于较大骨肿瘤的治疗需多点次消融;骨皮质有明显隔热作用。     

基于CT图像和逆向工程方法建立正常人体腰椎三维有限元模型

背景:利用有限元法可以分析静止及活动时正常脊柱的生物力学,并预测应力时的风险。目的:建立腰椎L3~L5三维有限元模型。方法:选取一名健康30岁男性志愿者L3~L5薄层CT扫描图像,使用工具软件Geomagic和Ansys,应用逆向工程原理构建三维有限元模型,设定边界条件进行加载,记录角位移及应力集中部位,计算模型的平均刚度。结果与结论:建立L3~L5椎体三维有限元模型,包括椎体、韧带、椎间盘、纤维环和小关节,模型总单元数51905个,通过定量和定性两方面验证模型有效。说明所建立的L3~L5椎体三维有限元模型符合脊柱生物力学特征,可用于进一步脊柱生物力学研究。     

足底主要韧带损伤对足纵弓应力分布的影响

目的 测量尸体足纵弓主要骨结构的应力分布,分析韧带损伤对其应力的影响.方法 7例正常成人新鲜尸体足标本,解剖显露足底跖筋膜、弹簧韧带、跖长韧带、跖短韧带,标记足纵弓主要骨结构.经电子万能试验机逐级加载至700 N,利用静态电阻应变测试仪和微型箔式电阻应变片,测量足底韧带损伤情况下足纵弓骨结构的表面应力,对结果进行统计学分析.结果 在足底韧带损伤前,最大应力值出现在跟骨,其次是第三跖骨、第二跖骨,均为压应力;而舟骨、腓骨、胫骨主要表现为拉应力.不同足底韧带损伤情况下骨结构表面应力差异有统计学意义(P＜0.05).结论 足底韧带损伤后,足纵弓骨结构的表面应力分布将发生改变.     

主动健康中的生物力学

在主动健康中,生物力学发挥着不可替代的作用。运动通过肌肉和关节活动对人体组织和器官形成力学刺激,促进健康,也可能导致损伤或病变。另外,在辅具设计与评价、康复临床诊疗中都涉及生物力学。主动健康生物力学的发展需要体育和医学的融合,考虑更多动力学、疲劳和力学耦合问题。在将来的研究中,一方面需要借鉴其他生物力学方向的经验,另一方面结合科技发展前沿开拓生物力学新方向。     

亚洲蹲和西方蹲的下肢关节运动学和肌肉激活比较

目的分析比较亚洲蹲和西方蹲动作中下肢关节运动学和肌肉激活程度的差异。方法以11名健康成年人为研究对象,采用三维运动捕捉系统、测力台和表面肌电同步采集两种下蹲动作的运动学、动力学和肌肉激活信息,并通过OpenSim计算下肢肌力。结果在膝关节弯曲角度峰值时刻,亚洲蹲骨盆前倾,而西方蹲骨盆后倾;此外,与亚洲蹲相比,西方蹲具有显著较小的髋关节屈角、较大的膝关节屈角、较大的髋关节外展角和内旋角。在自重深蹲的下降期和上升期中,西方蹲的比目鱼肌力峰值均显著大于亚洲蹲,西方蹲的胫骨前肌力均显著小于亚洲蹲,峰值时刻未见统计学差异。结论在亚洲蹲中,胫骨前肌激活和近侧端关节前屈可能有利于稳定;而在脚跟抬起的西方蹲中,比目鱼肌激活显著,但两者近端肌肉激活模式相同。研究结果为临床深蹲康复方案制定或深蹲训练方式的选择提供理论指导。     

交叉螺钉与钢板内固定治疗Sander III型跟骨骨折的有限元分析

目的 比较研究交叉螺钉与钢板固定治疗跟骨关节内骨折的术后即刻稳定性。方法 采集1名正常男性足部薄层CT数据集,据此建立交叉螺钉和钢板两种内植物固定跟骨Sander-III型骨折的三维有限元模型。分析两个模型在700 N垂直荷载下的应力分布和位移规律。结果 螺钉固定时应力集中于骨折端与螺钉接触的部位,不同部位螺钉的最大应力存在差别。钢板固定时应力集中于钢板与螺钉接触的位置,高应力区位于钢板中前部。钢板、螺钉与跟骨的最大应力均小于各自剪切强度。正常跟骨及骨折模型的位移集中于后距下关节,越向内侧位移越大。结论 交叉螺钉与钢板均可用于治疗跟骨骨折,固定具有良好的初始稳定性,建议术后早期进行功能锻炼和康复训练。     

交叉螺钉与钢板内固定治疗Sander III型跟骨骨折的有限元分析

目的 比较研究交叉螺钉与钢板固定治疗跟骨关节内骨折的术后即刻稳定性。方法 采集1名正常男性足部薄层CT数据集,据此建立交叉螺钉和钢板两种内植物固定跟骨Sander-III型骨折的三维有限元模型。分析两个模型在700 N垂直荷载下的应力分布和位移规律。结果 螺钉固定时应力集中于骨折端与螺钉接触的部位,不同部位螺钉的最大应力存在差别。钢板固定时应力集中于钢板与螺钉接触的位置,高应力区位于钢板中前部。钢板、螺钉与跟骨的最大应力均小于各自剪切强度。正常跟骨及骨折模型的位移集中于后距下关节,越向内侧位移越大。结论 交叉螺钉与钢板均可用于治疗跟骨骨折,固定具有良好的初始稳定性,建议术后早期进行功能锻炼和康复训练。     

踝关节内翻防护型半刚性踝护具的力学特征

目的为探究踝关节易内翻扭伤的机制,设计一款适用于人体踝关节非对称生理结构、可有效防护内翻的踝护具。方法分析导致踝关节内翻的解剖学因素,基于踝关节解剖的非对称结构,构思一种非对称结构踝护具。运用Kinect系统及Geomagic Studio软件,对成年男子踝关节进行三维扫描并数字建模,通过3D打印技术建立踝关节模型。以EVA膜、硅胶膜和裹边紫铜网为原材料,采用立体裁剪及复合材料加工技术,制备两种非对称结构的踝护具。对踝护具的塑形性能、拉伸性能、疲劳性能、外衬面料透气性和摩擦性等进行表征。结果非对称结构踝护具的外侧具有良好的塑形性能,拉伸弹性回复率低。在小应力长时间作用下,EVA复合材料和硅胶膜复合材料均能保持较好的弹性回复,可有效承受内翻外力。外衬面料的透气性和摩擦性试验结果表明,针织涤纶面料较适合作为外衬材料。结论所设计制备的非对称结构踝护具的力学性能可满足踝关节内翻防护要求。外覆面料可提高踝护具的吸湿透气性能,摩擦性能较好。