OpenSim在人体骨肌系统生物力学中的应用

斯坦福大学开发的生物力学与步态分析软件OpenSim主要用于人体肌肉骨骼系统的可视化、建模与分析,在生物力学、神经科学、人体工程、康复工程、体育科学和教育等领域得到了广泛的应用.该文从人体骨肌系统仿真分析的发展历史,基于OpenSim的运动与动力学分析、生物力学应用建模、平台算法创新与外部软件的连接和功能扩展等方面对O...     

关子人体腰椎间盘生物力学的实验研究

本实验对人体腰椎间盘在静态非破坏性轴向压缩载荷、复合载荷(包括静态非破坏性轴向压缩合并右前弯曲加载和左前弯曲加载)和疲劳载荷下的力学性质作了初步研究。每一试件包括椎间盘及与其相邻的两椎体,利用万能材料试验机进行加载。复合加载是通过自行设计的一套卡具实现的,其上固定的十个传感器可测出椎间盘的轴向载荷、轴向位移与横向位移。考虑到椎间盘具有明显的粘弹性性质,故采用微机进行数据采集与处理。试验前后均进行X线检查。疲劳试验后的试件沿矢状面、额状面、横断面切片,脱去有机间质,于显微镜下观察了骨小梁的微观形态。根据所得结果讨论了椎间盘的力学性质与退变的关系,疲劳产生的骨小梁微观骨折与纤维环损伤。这些结果为椎间盘突出的X线所见与腰疼病因提供了某些力学理论依据。     

机器人实验系统在人体膝关节生物力学实验中的价值

采用混合力/位移控制方法对人体膝关节标本进行加载,通过人体膝关节半月板全切除术的生物力学实验分析自主研发的机器人生物力学实验系统的作用与价值。整个机器人控制系统可以实现对实验标本进行连续加载,克服了以往的实验装置只能断续加载的缺点。它可以实时读取标本的受力,以及在此受力状态下的空间位置,克服了以往力和位移的测量分离的缺点,大大提高了测量精度。     

人体运动的生物力学建模与计算机仿真进展

人体运动的生物力学建模与仿真,广泛应用于阐明不同运动的生理机理、探讨运动损伤机制、提高运动员运动成绩和降低损伤等诸多研究领域。他涉及人体骨骼、关节、肌肉和神经等组织的生理、解剖和力学特征的数学建模。利用数学模型,可以采用相关算法求解运动过程中不同肌肉的收缩力,同时还可通过计算机软件进行仿真实验并将仿真结果可视化。本文对人体运动的生物力学建模与仿真及其应用进行了综述。     

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。     

计算机图形在人体解剖学绘画中的应用*

正计算机图形(computer graphics,CG),简单的说是电脑绘图和设计,是技术与艺术的完美结合,几乎囊括当今电脑时代中所有的视觉艺术创作活动~([1])。在人体解剖学运用计算机图形手法,促进人体解剖学的发展与艺术的交流。计算机图形是提升效率最快的一种艺术表达手法,提高学生对人体的写生效率和绘画的造型效率。在从事艺术创作的     

生物力学研究方法在解剖学中的应用

近二、三十年来,随着生理学、生物化学等的进展,解剖学也进入了一个新的发展时期。解剖学研究方法已从古老的单纯解剖方法进展到以实验方法为主体,新的研究方法从光镜、电镜到生物物理方法、组织化学方法、同位素示踪、细胞组织的活体研究以及体外培养等方法的应用。因此,近代的解剖学,主要是在其与组织细胞学、生理学、生物化学、生物物理学相交界的边缘方向上发展。生物力学则是研究生物与力学有关的问题,也是年轻的边缘学科之一。     

人体肠道生物力学特性的研究

为探讨人体肠道的生物力学特性，采用电子拉伸机对人体肠道进行一维拉伸试验。结果表明，人体肠道应力-应变关系为指数函数关系。人体肠道各段的指数系数a值接近，但材料常数C有一定的差异，说明肠道各段应力-应变趋势是一致的。在一定应力下，肠道各段轴向与环向的相对伸长率是不同的，表明人体肠道具有各向异性的特性。在一定应变下，肠道各段的增量弹性模量不同，结肠增量弹性模量相对较小，因而更容易发生变形。本研究为肠道内窥镜机器人的研制提供了理论基础。     

有限元分析在腰椎生物力学应用中的研究与进展

背景：有限元法运用数学形式概括脊柱的结构形状、材料性能、载荷边界条件等,通过改变其中任一参数以观察其对整个结构的影响。 目的：回顾性分析腰椎有限元模型的建立方法、有限元软件在腰椎生物力学中的应用以及有限元分析在腰椎植骨融合后临近节段活动度的改变及应力改变中的应用。 方法：由第一作者检索1990/2010年PubMed数据库及CNKI数据库有关有限元法在腰椎建模及腰椎不同植骨融合式对腰椎融合节段、临近节段应力改变影响等方面的文献。 结果与结论：有限元分析被越来越广泛的应用于医学,并成为其重要组成部分。在脊柱方面,有限元分析可以全面了解不同植骨融合术式及各种内固定对其生物力学改变的影响,从而可以改进植骨融合术式及优化内固定器械。但有限元毕竟属于理论性的分析,未来的研究应将其与动物实验及长期临床随访相结合,从而可以很好地预测手术远期疗效,并对并发症的预防具有重要临床意义。     

有限元方法在腰椎生物力学研究中的应用

有限元方法在脊柱生物力学研究中的应用已得到迅速的发展。本文重点综述了有限元方法在腰椎方面的文献,较全面地介绍了腰椎的有限元模型和有限元方法的应用概况。     

有限元分析法在腰椎生物力学研究中的应用

背景：有限元分析法是目前是脊柱生物力学常用研究方法之一,随着成像、图像处理的进步及有限元分析软件的不断开发与应用,脊柱生物力学研究得到了更深入的发展。 目的：综述有限元的概念、原理与其他生物力学研究方法的差别。 方法：应用计算机检索中国知网数据库、维普数据库和PubMed数据库中1979/2011-01关于腰椎生物力学有限元分析的文章,在标题和摘要中以“腰椎;有限元;生物力学”或“lumbar, finite element, biomechanics”为检索词进行检索。选择文章内容与腰椎有限元分析相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。共收集591篇文献,根据纳入标准选择20篇文献进行综述。 结果与结论：近几年有限元分析法在腰椎生理和病理情况生物力学分析中的应用;不同手术方式、内固定器械及人工植入物对腰椎生物力学的影响均有不同。      

有限元法在足踝生物力学研究中的应用进展

有限元法以其高效、精确、可重复利用等特点成为生物力学研究的有效工具。由于足踝部位复杂的解剖结构和运动特性,有限元法可以借助强大的仿真建模和数据计算能力解决真实实验难以解决的问题,具有独特的优势并得到了广泛应用。本文归纳整理了近5年来国内外应用有限元法研究足踝生物力学问题的文献资料,从足踝在不同运动状态下的生物力学分析、组织特性研究、临床治疗分析以及支具与鞋的研究4个方面进行综述,为足踝生物力学的研究提供理论参考,并对未来有限元法在足踝生物力学领域的应用发展提供新思路。     

有限元方法在脊柱生物力学中的应用研究

有限元分析可对形态、结构、材料和载荷情况及复杂的构件进行应力、应变分析,具有力学性能测试全面、可重复性等优点,目前广泛应用于脊柱复杂结构的生物力学研究中。文章简单介绍了有限元的概念、原理和建模方法,主要从腰椎、颈椎、内固定器械和术式选择上阐述了有限元在脊柱上应用。     

计算机图像处理技术在人体矩下关节接触特征研究中的应用

介绍了应用计算机图像处理技术在人体矩下关节接触特征研究中的具体实施。结果表明,人体矩下关节的总面积为9.52±0.40cm     

生物力学在软组织修复中的应用

<正>软组织损伤是指由于肌肉、肌腱、筋膜和韧带等承受超负荷活动引起不同程度的纤维断裂或由于积累性损伤或由于软组织无菌性炎症所导致的一系列临床症状,主要表现为疼痛、肿胀和局部活动障碍。随着机械化程度和生活水平的迅速提高,因交通事故和运动等原因造成的软组织损伤发生率明显增多。同时由于致     

新型钛合金人工腰椎间盘的生物力学研究

目的研制一种新型钛合金人工腰椎间盘并评价其生物力学特点。方法设计一种新型两部件球窝关节人工腰椎间盘,使用新型低弹性模量钛合金(50GPa)制造,应用生物材料试验机分别进行压缩刚度、扭转刚度、疲劳强度生物力学检测。结果新型钛合金人工腰椎间盘具有前屈、后伸、左右侧弯功能。压缩刚度为不锈钢的1/3,约为50～66.7GPa;扭转刚度为388.54N·m/(°);经过1×107次反复压缩疲劳测试,并未发生明显的变形及损坏。比较测试前、100、200、500、1000万次疲劳测试后压缩刚度没有统计学差异。结论新型钛合金人工腰椎间盘符合人体力学要求。     

腰椎间盘生物力学体内外研究的新进展

文题释义： 椎间盘：是一块位于两椎体之间的纤维软骨垫,由纤维环包绕髓核以及上下方的软骨终板构成,是最大的无血管器官,基本上通过脊椎神经支配。 生物力学：为将工程学尤其是机械力学原理运用于临床医学,对生物体力学问题进行定性定量分析的新型生物物理学分支。研究范围从组织器官到个体,通过对生物体力学特性的研究来指导临床实际操作。生物学和力学二者相辅相成,共同构成一门完整的学科。 背景：腰椎间盘退变造成的一系列临床症状已经是影响人类健康的常见疾病。过去研究中指出在腰椎间盘退变的发生发展中,腰椎间盘生物力学改变起到重要作用。 目的：简述腰椎间盘解剖学、组织学特性,总结近年来腰椎间盘生物力学的研究方法及进展。 方法：通过输入“生物力学,腰椎间盘,动物标本,人类尸体模型,有限元分析,影像学、磁共振成像,biomechanics,Intervertebral disc,lumbar spine,finite element analysis,imaging,MRI,DFIS,DSXS”等关键词,利用计算机检索CNKI、万方、维普、PubMed、Elsevier和Web of Science数据库,通过阅读标题及摘要进行初步筛选,排除与主题相关度低的文献,最终共纳入67篇文献进行结果分析。 结果与结论：①腰椎间盘的生物力学研究目前主要分为体外研究和体内研究;②体外研究包括动物标本实验、人类尸体标本实验、有限元分析,体外实验设计灵活,操作性强,但实验对象脱离人体生理环境,材料的力学特性存在差异,需要经过长期不断验证,筛选出在人体的适用性;③体内研究主要通过影像学手段,实时记录椎间盘在体运动受力形态变化,真实可靠,但受影像技术发展的限制,需要合理运用。最新出现的双平面荧光成像系统以及高速动态立体射线照相系统在这一领域具有独特优势,被越来越多的人所重视。 ORCID: 0000-0002-2070-2400(徐浩翔) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

倒盖金被手法在腰椎间盘生物力学中的三维有限元分析

背景:南少林手法将武术精华运用于整骨理筋和按摩手法中,形成了独特的中国骨伤治疗技术,研究发现南少林理筋整脊手法治疗腰椎间盘突出症有显著疗效。目的:运用三维有限元法分析倒盖金被手法作用于腰椎间盘的生物力学效应。方法:选择一名健康青年男性志愿者,根据其CT扫描结果构建全腰椎(L₁-L₅)三维有限元模型。在已验证有效性的全腰椎模型上模拟加载倒盖金被手法,计算不同顶推高度下腰椎间盘的应力分布及变化情况。结果与结论:(1)当L₃椎体被顶推10 cm总位移后,各椎间盘平均应力最值约9.2 MPa,其中L_4-5椎间盘存在部分单元的应力集中现象。(2)随着顶推高度的增加,各椎间盘的应力呈现近似线性增长的趋势,各椎间盘应力值范围分别为:L_1-2椎间盘1.36-7.36 MPa,L_2-3椎间盘1.64-7.82 MPa,L_3-4椎间盘1.52-9.20 MPa,L_4-5椎间盘1.25-8.71 MPa;应力分布情况为:L_3...