假肢对线对大腿截肢者健侧膝关节内部接触力学特性的影响

目的研究假肢对线对大腿截肢者健侧膝关节内部接触力学特性的影响。方法通过步态实验分析健全人及大腿截肢者在不同对线条件下行走时下肢运动及地面反作用力(ground reaction force,GRF)差异,并利用三维有限元模型分析接受腔内收和外展的异常对线情况对膝关节内部股骨软骨、胫骨软骨与半月板之间接触力学特性的影响。结果健全人在GRF第1峰值时刻膝关节接触力主要集中在内侧,在GRF第2峰值时刻接触力主要集中在外侧,而截肢者接触力在GRF的两个峰值时刻都集中在内侧。接受腔对线内收6°会导致膝关节内侧应力、接触力、接触面积均明显增大。结论截肢者膝骨关节炎发病率高于健全人与其膝关节内侧长期过载有关,接受腔对线内收会增加大腿截肢者健侧膝关节骨关节疾病的风险,临床对线过程中应尽量避免过度内收。     

惯性载荷对截肢患者残肢/接受腔界面应力的影响研究

接受腔/残肢界面压力分布特征是假肢优化设计的基础,传统的有限元模型只限于静态分析,不符合实际情况。本文以小腿截肢患者为研究对象,建立了三维非线性有限元模型,给出了一个步态周期内残肢界面压力的变化规律,并对惯性载荷的影响进行了定量比较。结果表明:界面压力主要分布在髌韧带、胫骨内外侧和窝区,一个平地正常速度行走的步态周期内,站立相压力变化呈双峰蝶形,惯性载荷引起的平均压力幅值变化为8.4%;而在摆动相压力幅值变化高达20.1%,并且变化规律相反。行走过程中惯性载荷的影响不能忽略。     

基于运动学参数和足底压力测量的髋离断截肢者步态分析

目的 探讨髋离断截肢者穿戴假肢的步态特征,并分析其与正常步态产生差异的原因,辅助临床的诊断评估.方法 通过便携式人体运动捕捉设备和足底压力分析系统,采集5名髋离断截肢者运动学和足底压力信息,并与对照组15例健康志愿者比较,对比截肢者与正常人以及截肢者患侧与健侧之间的步态差异.结果 截肢者双支撑期占比高于正常步态,截肢者...     

个体化下肢小腿假肢接受腔设计的生物力学评价技术研究

作为传递体重、固定假肢的部件 ,接受腔对于小腿假肢使用的舒适性和方便程度有决定性的作用。本研究建立了基于有限元应力分析的小腿假肢生物力学评价技术平台 ,实现了小腿残端 /接受腔 3D几何建模与信息交互、三维有限元自动建模及应力分析。 3D模型与信息交互的实现基于得到广泛支持的OpenGL技术 ,有限元模型的构建采用了专门针对小腿残端 /接受腔结构特点的自动建模方法 ,通过构建档案数据库系统作为整个系统的操作平台。该技术平台可与现有的CAD/CAM系统相结合 ,为接受腔的个体化设计提供生物力学定量化依据。其临床应用将改善传统的设计流程 ,提高设计效率。同时 ,它也是未来构建接受腔设计专家 /智能系统的基础。     

假肢接受腔设计及界面应力的有限元分析

文题释义： Mimics 10.0软件：作为专业的三维图像处理软件,能将CT图像转化为残肢的三维模型,计算机生成的三维模型与患者的实际尺寸基本无差别。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟的方法。 背景：残肢-接受腔界面生物力学特性不仅对假肢的适配性有着直接影响,而且也是对接受腔结构进行优化设计的基础。将数字化设计技术与康复工程结合在一起,将有效地提髙假肢接受腔的制作效率和质量。 目的：采用逆正向结合的建模方法,对小腿截肢患者进行定制式的接受腔模型设计,评估残肢与接受腔的界面应力,对接受腔进行迭代设计,优化后的模型采用3D打印制作,以改善传统手工制作接受腔方法。 方法：选择2例内蒙古自治区荣誉军人肢残康复中心的小腿截肢志愿者,根据患者残肢的CT扫描图像,采用Mimics进行图像处理,然后经过Geomagic和UG逆向得到残肢的几何模型。通过使用计算机辅助设计软件Fusion360,根据残肢各个部位的组织结构不同的承受能力作为修型原理对接受腔进行正向建模设计。选用Mooney-Revlin超弹性模型定义软组织的材料特性,对残肢-接受腔界面应力进行有限元分析,并根据结果反馈指导对接受腔进行迭代设计,对再次修型后的接受腔模型进行评估。3D打印制作出接受腔,并进行实验测量。 结果与结论：①对迭代设计后的接受腔与残肢界面的应力进行分析,得到残肢各区域的应力值均低于疼痛阈值,符合设计标准,能较好实现功能传递性和安全舒适性;②此2例患者穿戴3D打印制作的接受腔适配性、稳定性良好,步行对称性相比手工制作接受腔均有显著改善,满足残肢生物力学要求;③试验建立了完整的假肢接受腔的设计、评估及制造系统。 ORCID: 0000-0002-8570-9689(王晓辉) 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