坐位腰椎旋转手法时腰椎单元内在应力和位移的实时监测

目的:用三维有限元法,分析施行坐位腰椎旋转手法时退变腰椎单元的内在应力及位移分布的特点,以探讨手法的作用机制、安全性及其合理性。方法:使用正常L4,5腰椎CT片,以Mimics软件系统逐层重建,建立L4,5三维有限元模型。根据手法原理,将坐位腰椎旋转手法进行分解,把各项力学参数代入三维有限元模型进行计算分析。观察手法作用时腰椎间盘的位移和内在应力的变化。结果:最大的应力集中点分布于环椎体峡部、椎弓根、上位椎体小关节面的下端。椎间盘的应力集中分布于环前外侧部,右后外侧部应力大于左后外侧部。最大位移出现在上位椎体的上关节。左侧小关节面相对位移较大,左侧椎间孔变大;右侧椎小关节面间移位小,右侧椎间孔变小,椎间盘右后外侧部向后突出。结论:模拟坐位腰椎旋转手法时,向健侧旋转优于向患侧旋转。     

人头部力锤冲击试验的生物力学研究

目的：探讨人头部受主动冲击的钝力作用时的力响应特点,同时测试头部各部位承受最大冲击力的限度,从冲击动力学角度去探讨颅脑损伤的生物力学机理。方法：使用配备大量程力传感器的力锤对人尸体头部各部位进行冲击试验,记录接触力响应曲线,并手工记录锤头的质地、质量、初速度、冲击面大小,以及被冲击的头部是否有破坏性反应(头皮挫裂及颅骨骨折)。结果：人头部对主动冲击的钝物的接触力响应曲线为类似正弦波的脉冲波形,其波形宽度及峰值因冲击物的质地、有无头皮等发生变化;人头部在小面积钝物的冲击作用下,造成头皮挫裂的冲击力最大值平均为5100N;使颞部、顶部、额部、枕部骨折的冲击力最大值的平均值分别为6200、8100、8300、11000N;利用试验得到的数据,验证了作用于头部的钝物与头部组成的系统相当于带有强阻尼的弹簧振子。结论：头部在受到主动冲击时,典型的接触力一时间曲线为类似正弦波的脉冲波形;大面积的钝器作用于头部造成的颅骨骨折,更多发生延伸至远处的线形骨折;本试验还得出了人头部能耐受的冲击力大小等参数,这些对于建立有限元模型进行分析和验证是必须的。     

枢椎齿突骨折的有限元分析

目的：建立枢椎的三维有限元(FE)模型，探讨在前、后方不同载荷下齿突的不同损伤机制和骨折类型。方法：对一例新鲜枢椎标本进行CT扫描，层厚1mm，扫描图像转换后输入微机，通过软件PRO／E重建枢椎的三维立体模型，再转入有限元软件MARK并赋予此模型物理材料属性，然后模拟齿突骨折的受力条件，在齿突中性矢状面对齿突施加不同角度的载荷，分析各种条件下枢椎模型的应力、应变分布，探讨相应条件下可能导致的枢椎齿突骨折类型。结果：(1)对于齿突前部斜向后下方载荷，应力集中区从齿突前上部斜贯穿至后下部；对于齿突前部斜向后上方载荷，应力集中区从齿突前下部斜贯穿至后上部；齿突腰部始终保持高应力；(2)在齿突后部载荷下，其应力集中情况与前部载荷相似，不过应力集中区位置有所偏下。结论：(1)在齿突中性矢状面，齿突前部载荷容易导致齿突腰部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅱ型骨折，也可能导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折；(2)齿突后部载荷更容易导致基底部发生断裂，形成枢椎齿突Ⅲ型骨折。     

脊柱三维运动实验加载方式的改进

目的:改进三维运动实验的加载方式。方法:新鲜羊腰椎标本6例(L1~5),置于脊柱三维运动实验机上进行六个自由度的运动。两次预加载后依次对标本进行3、0、0.3Nm的加载,并采集三种加载时的运动图像。3Nm加载及0加载的图像作为传统加载方式计算出脊柱的运动范围及中性区,3Nm加载及0.3Nm加载的图像作为新的加载方式计算出新的脊柱运动范围及中性区,再对两种计算方法得出的运动范围及中性区进行配对t检验,计算两种方法各自的变异率,并进行配对t检验。结果:两种方法得到的运动范围之间不存在差异(P=0.105),但中性区之间存在显著性差异(P=0.013)。采用新的加载方式得到的运动范围的变异系数比以往的方法要小得多(P<0.001)。结论:采用新的加载方式可以得到较为准确的脊柱运动的运动范围。     

现实与虚拟互动的骨科生物力学研究方法探讨

目前常用的骨科生物力学实验方法大都利用新鲜人体标本进行力学测试，从而得出实验结果。这种实验方法的弊端现在逐渐显现出来。为得到一个令人信服的实验结果，通常要使用大量的人体标本，而现在人体标本来源的紧张限制了生物力学实验的大量开展，于是只能找其它动物的标本来代替人体新鲜标本进行实验，     

不同位置植入SMH人工腰椎间盘对小关节应力分布的影响

目的:通过三维有限元方法研究正常椎间盘、SMH人工腰椎间盘前置、中置和后置四组模型中小关节的应力分布情况,探讨不同位置植入SMH人工腰椎间盘对小关节应力分布的影响。方法:建立正常腰椎间盘、人工SMH腰椎间盘前置、中置和后置的三维模型,然后模拟腰椎节段的运动,进行小关节应力分布的比较研究。结果:与正常L4/5椎间盘模型相比,除SMH人工腰椎间盘前置模型前屈时比正常模型小关节应力小外,其余运动时SMH人工腰椎间盘前置、中置和后置模型中小关节的应力均高于正常腰椎间盘组,但后置SMH人工腰椎间盘组则相对较小。结论:SMH人工腰椎间盘后置可以更好地预防小关节的退变;人工椎间盘植入位置的不同对人工腰椎间盘术远期疗效的预测具一定的作用。     

骨圈对椎弓根钉系统负载影响的三维有限元分析

目的：探讨单枚人体皮质骨圈(allograft fusion cage，AFC)斜植融合术中椎弓根钉系统受力分布，并对临床常见断钉原理进行分析，为临床应用提供理论依据。方法：采用二三维有限元方法(finite element method，FEM)，对放置及不放置AFC的脊柱Steffee钢板固定效果进行评估。结果：未放置AFC时Steffee钢板所受最大应力约为放置AFC状态下的4．8倍；椎弓根钉与螺帽交界处所受应力为最大，尤其上位螺钉与靠近椎体侧螺帽交界处是应力值最大点，未放置AFC时椎弓根钉最大应力点约为放置AFC状态下的5．0倍。结论：螺钉与钢板交界区是容易发生断钉的区域，尤其上位螺钉与靠近椎体侧螺帽交界处是最易断钉的部位；椎弓根钉系统放置AFC会明显增强融合节段稳定性，减少断钉等并发症。     

膝关节三维有限元模型的建立

目的：建立膝关节的三维有限元模型，以期为膝部各组织结构的创伤及骨折的力学分析，提供方法学和研究平台。方法：根据螺旋CT扫描图像，利用Ansys有限元软件的由下向上的点、线、面、体的建模原则，对膝关节的三维有限元模型进行重建。结果：建立了包括半月板在内的膝关节三维有限元模型。结论：本研究所建立的膝关节的三维有限元模型，能逼真地反应膝关节的真实几何结构。     

屈髋屈膝按压法作用于骨盆的三维有限元分析

目的 应用有限元法研究仰卧位屈膝屈髋按压法对骨盆应力及骶髂关节应变分布特点的影响,讨论该手法扳动整个骶髂关节的可能性。方法 利用CT图像建立正常骨盆三维有限元模型。根据手法原理,将屈膝屈髋按压法分解为两个方向的力,将这两个力加载于三维有限元模型并进行计算分析,得到该加载下骨盆应力和骶髂关节应变的分布情况。结果 加载模拟手法后,骨盆的主要应力位于骶髂关节前下1/3处、坐骨大切迹及臀下线和臀前线的中1/3;骶髂关节的最大应变主要位于骶髂关节的后上缘、后下缘及上缘中部1/2。结论 屈膝屈髋按压法只能扳动骶髂关节的下1/3处,而不能扳动整个骶髂关节。     

下颌骨体部缺损钛板重建的生物力学分析

目的:通过有限元模型加载,获得下颌骨体部缺损钛板内固定重建的生物力学分布,指导临床治疗。方法:在已经建立的含完整牙列的下颌骨三维有限元模型中,模拟下颌骨体部缺损行内固定钛板重建,并加载分析其下颌骨应力分布情况。结果:应力集中分布于下颌支的前缘、后缘及缺损边缘处钛板,内固定钛板靠近缺损边缘处有应力集中现象,剩余部位应力较小且分布均匀;内固定钛板最具有位移趋势的位置靠近下颌骨缺损前段处。结论:重建钛板靠近缺损边缘处,应力集中是临床上钛板折断、钛钉松动、脱落的生物力学原因。