Stress analysis between implant prostheses with different moduli and surrounding bones北大核心

背景:应力遮挡效应会导致植入假体修复骨缺损手术失败,其主要原因是由于植入假体的弹性模量大于骨组织弹性模量。目的:分析植入假体弹性模量对应力分布的影响,寻求消除应力遮挡现象的方法。方法:通过CT扫描的方式获取实验犬与人体骨组织的模型,分别对其优化后进行梯度赋值,建立较为可靠的骨骼力学模型,并与植入假体组合后进行有限元仿真。首先,通过对比格犬骨骼模型和人体骨骼模型及其对应的植入假体进行有限元仿真,模拟了不同弹性模量对植入假体修复术后的应力和位移分布情况;其次,分析了较小弹性模量差仍会形成应力遮挡现象的原因,建立了骨骼模型及植入假体模型,确立了材料属性赋予方法;最后,验证了该模型及材料属性赋予方法的可行性,并通过随机选取受力点的方式,定量分析植入假体弹性模量与骨骼弹性模量之间的关系对应力遮挡形成的影响。结果与结论:通过梯度赋值法建立与骨骼力学性质更加接近的实验犬骨骼模型和人体骨骼模型,该方法重建的力学模型与真实骨骼的力学性质更为接近;通过有限元仿真力学测试证明,不同弹性模量植入假体对假体本身与周围骨骼间相对位移的影响较小;另外量化弹性模量对假体植入骨骼后对应力分布的影响,可为后续的相关研究提供帮助。     

有限元法分析骶椎腰化的力学特征

背景:骶椎腰化会导致脊柱节段发生变化,致使脊柱力学结构发生变化,容易引发脊柱病变.目的:分析骶椎腰化模型与正常骶椎模型的静力学区别.方法:通过CT数据基于逆向工程原理建立腰骶几何模型,实验组为骶椎腰化模型,对照组为正常骶椎模型,通过CT数据灰度值进行材料属性梯度赋予,建立韧带,在L4椎体表面施加200 N的集中力模拟重...     

基于人机工程学的老年人用担架式洗澡车的设计研究

随着中国经济的不断发展,老龄化现象日趋明显,以提高看护人的操作性、使用的方便性,提高洗浴者的QOL(生活质量)为目标,基于人机工程学,设计出轻便快捷而且具有更高的稳定性、灵活性、舒适性和安全性的担架式洗澡车,从而使老年人充分享受到舒适的洗浴过程。     

不同材料属性赋予下椎体的静力学分析

背景:人体骨骼具有非线性强、骨质分布不均匀等特点,不同的弹性模量赋值导致静力学结果差异性大.目的:分析3种材料属性赋予方法在椎体数值模拟分析中的差异性.方法:基于逆向工程原理,通过图像分割建立腰椎L4、L5及椎间盘模型,对椎体模型赋予3种材料属性:①灰度值赋值:通过Mimics利用灰度值进行梯度赋值;②均质及灰度值混合...     

无托槽牙齿矫治器个性化设计与3D成型

目的 对牙齿矫治器开展有限元仿真分析以确定不同工况的矫正量,制定无托槽牙齿矫治器的设计方案,使熔融沉积工艺成型的矫治器具备个性化的矫治效果。方法 结合患者CT数据逆向重构牙齿模型,通过有限元方法确立牙齿在倾斜、扭转、平移3种工况下的矫治量。选择不同弹性模量的材料3D成型不同矫治类型无托槽牙齿矫治器,并测量正畸力。结果 针对不同工况可设计不同的矫治偏移量,从而使矫治器具备个性化治疗效果。无托槽牙齿矫治器的正畸力随着弹性模量和厚度的增加而增大。在给定工况下,当矫治器材料为热可塑性聚氨酯(TPU)时正畸力最小(90 mN);当矫治器材料为聚乳酸(PLA)时正畸力最大(61.66 N)。结论 设计应根据患者的牙齿情况,在整个矫治过程中每一步矫治所需要正畸力的大小,选择不同弹性模量和不同厚度的无托槽牙齿矫治器对患者畸形牙齿进行治疗,从而实现分阶段矫治效果。     

基于模糊逻辑青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计专家系统的设计与实现

背景:近年来人工智能技术已广泛应用于医疗各领域,有效地辅助医生进行患者的诊疗操作。在青少年特发性脊柱侧弯的保守治疗中,将人工智能技术应用于青少年特发性脊柱侧弯矫形器的辅助设计,从而缩短矫形器的开发周期。目的:设计并实现一款基于模糊逻辑的青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计专家系统(SODES),借助该专家系统,实现快速、有效地辅助医生设计青少年特发性脊柱侧弯矫形器的目的。方法:借助专家系统工具C Language Integrated Production System(CLIPS)与C++混合编程开发了SODES。SODES的主要的功能模块包括模糊推理机、议程、知识库管理系统、知识库、事实库、解释器、人机接口。针对于青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计过程中存在的不确定性信息,通过模糊集实现了青少年特发性脊柱侧弯矫形器设计的知识表达,并通过基于可信度的模糊推理实现了SODES的推理。最后,通过2例青少年特发性脊柱侧弯患者的诊疗实例,验证了基于模糊逻辑的SODES设计方法的可行性。结果与结论:①SODES提高了50%的青少年特发性脊柱侧弯矫形器的设计效率,且其推理值与领域专家实际操作值的偏差率均小于10%;②结果表明,通过SODES可以辅助医生快速、有效地设计青少年特发性脊柱侧弯矫形器。     

一种脑性瘫痪患者专用轮椅的设计

从人机工程学角度论述轮椅车的静态舒适性设计原理,根据脑瘫患者的具体症状和日常生活中的困难,设计一款适合脑瘫患者使用的轮椅。轮椅各部分尺寸参照了《中国成年人人体尺寸》GB10000-88,按照分布在5%的女性到95%男性之间的中等人体尺寸确定的。座高(座面到踏板面的距离)确定为420mm,踏板高度可调;座椅深度(座面的前后距离)一般相当于臀部至大腿全长的3/4,最后设计为410mm;座椅宽度(座椅左右距离)设计为470mm;靠背高度(跟人体坐高相仿)为840mm;靠背倾角(靠背与垂直方向的角度)范围为5°～50°;扶手高(从座面到扶手上面的距离)最后定为225mm。设计过程中主要运用人机工程学原理对轮椅作了分析,介绍并讨论了与生理学、人体测量学、人体解剖学等相关问题。设计出的轮椅几何参数合理,能使乘坐者达到安定姿态,而且满足合理的体压分布的要求,经检验强度也满足要求。设计的轮椅基本满足舒适性和安全性要求,使脑瘫患者更容易面对生活中的难题。     

一种脑性瘫痪患者专用轮椅的设计

从人机工程学角度论述轮椅车的静态舒适性设计原理，根据脑瘫患者的具体症状和日常生活中的困难，设计一款适合脑瘫患者使用的轮椅：轮椅各部分尺寸参照了《中国成年人人体尺寸》GB10000—88，按照分布在5％的女性到95％男性之间的中等人体尺寸确定的座高（座面到踏板面的距离）确定为420mm，踏板高度可调；座椅深度（座面的前后距离）一般相当于臀部至大腿全长的3／4，最后设计为410mm；座椅宽度（座椅左右距离）设计为470mm；靠背高度（跟人体坐高相仿）为840mm；靠背倾角（靠背与垂直方向的角度）范围为5&;#176;-50&;#176;；扶手高（从座面到扶手上面的距离）最后定为225mm。设计过程中主要运用人机工程学原理对轮椅作了分析，介绍并讨论了与生理学、人体测量学、人体解剖学等相关问题设计出的轮椅几何参数合理，能使乘坐者达到安定姿态，而且满足合理的体压分布的要求，经检验强度也满足要求：设计的轮椅基本满足舒适性和安全性要求，使脑瘫患者更容易面对生活中的难题。     

混合现实技术在椎体成形治疗中的应用

背景：如何提高椎体成形术中穿刺的精准性、减少手术损伤、提高手术效率是目前椎体成形治疗技术探索和改进的焦点之一。目的：探讨混合现实临床设计方案在脊柱骨折经皮椎体成形过程中应用的临床意义。方法：选择2023年6月大连市第二人民医院收治的2例脊柱骨质疏松性腰椎椎体压缩骨折患者，患者术前行腰椎128排CT扫描并获得医学数字成像和通信原始数据，Visual Volume软件构建脊柱压缩性骨折三维网络模型。运用全息影像眼镜将三维网络模型影像精确映射于真实世界，协助术者完成术前模拟、术前病情及治疗方案阐述，以及术中引导穿刺及骨水泥注射。结果与结论：(1)在混合现实临床设计方案辅助下可实现经皮椎体成形治疗的精准穿刺，术后影像学检查示骨水泥充填良好、无明显渗漏，术后患者症状缓解良好，术后当天即可下地活动；(2)提示混合现实临床设计方案有助于术者术前进行完善的手术设计、提高与患者及家属的沟通效率；术中协助精准穿刺、缩短手术时间、减少副损伤，是一种新的有效的临床诊疗模式，在脊柱外科微创化、精准化、个性化的治疗中具有发展潜力。