周期性疲劳载荷下Steffee椎弓根钢板生物力学性质

分析Ｓｔｅｆｅｅ椎弓根钢板在疲劳载荷作用下，腰椎节段刚度和“融合”高度的变化．对４例新鲜成人男性腰椎标本（Ｌ２～Ｌ４），在Ｌ１和Ｌ３安放国产Ｓｔｅｆｅｅ椎弓根钢板，行Ｌ２椎体前２／３切除．在ＭＴＳ８５８双轴液压伺服生物材料试验系统上对标本施加疲劳压缩载荷（５００５０）Ｎ，疲劳３００００次，记录节段刚度和高度变化．结果：正常Ｌ１～Ｌ３节段刚度为５．５５ｋＮ／ｍｍ，Ｌ２椎体前２／３切除并安放Ｓｔｅｆｅｅ椎弓根钢板后刚度为０．２９ｋＮ／ｍｍ．在疲劳１００００次之前，相对刚度随疲劳次数的增大明显，之后相对刚度基本保持不变．疲劳３００００次后，刚度相对平均增加８０％．“融合”高度随疲劳次数的增加而减少，疲劳３００００次后，“融合”高度平均缩短３．７ｍｍ．建立的疲劳模型能较好地反映Ｓｔｅｆｅｅ椎弓根钢板的疲劳特性；器械固定后腰椎高度随周期性载荷作用而减少与椎弓根螺钉的折弯有关；在疲劳初期节段刚度随疲劳次数的增加而上升，反映了螺钉－骨界面间有一个相互适应的过程，这使得器械固定节段的刚度在疲劳后期维持不变．     

人体下肢活动的生物力学研究

本文研究的目的是通过下肢数理模型,不同姿势起跳人体重心轨迹变化,下肢主要肌肉肌电活动以原地纵跳为例进行综合性研究,揭示其内在规律,为体育教育,运动训练,选才提供生物力学基础。研究对象为１０名男性运动员,年龄为２０岁,用ＪＴＩ－肌电仪测定下肢肌肉的肌电,用Ｂｏｌｅｘ摄影机以每秒６４幅频率拍摄原地起跳动作。     

生物固体力学进展

生物力学是多种学科相互交叉、相互渗透所形成的一门新兴边缘学科。在我国仅有二十几年的历史。生物固体力学是生物力学的一大分支,本文就其三大方面:骨力学、软组织力学和器官力学的发展、主要成就及发展趋向、前沿研究课题作了简明的综述。     

背越式跳高动作仿真研究

根据多体动力学原理,建立背越式跳高运动的人体力学模型和数学模型,进行计算机仿真研究,揭示了运动全过程的运动生物力学规律.分析研究表明:运动员在倒二、倒一步助跑和起跳的缓冲阶段,人体重心位置都向前向下移动,其水平和垂直速度变化趋势亦基本一致.蹬地开始后的前0.02秒内人体重心水平速度均突然下降,然后逐渐上升.其垂直速度则是逐渐上升,而后期下降.正由于这三个运动技术阶段的落地、蹬地姿态各不相同,导致它们的运动生物力学特性各有特色.这与国外优秀运动员的影片解折结果基本一致.本研究可为运动员的科学训练,提高成绩提供理论依据.     

动态载荷对小腿截肢患者残端压力的影响

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。该文基于患者行走过程的运动学和动力学特性,建立三维非线性有限元模型,研究动态载荷对界面压力的影响。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,残肢界面的最大平均正压力是单腿站立状态下的1.15倍,是双腿站立状态下的1.73倍。动态载荷使残肢和接受腔之间的界面压力增大,行走过程的动态影响不能忽略。     

人体颈椎C7退变性的有限元分析与实验研究

人体颈椎的退变性病变是医学研究的一个重要方面。该文采用数字散斑相关方法(DSCM)对人体颈椎C7及其下位椎间盘进行了动态测试,得到变形演化的全过程。同时采用CT图像完成了颈椎C7的三维重建,建立了有限元分析模型进行退变性和正常条件下的计算。结果表明:在同等外载条件下,退变型颈椎的最大位移和应变水平分别增加42%和134%,最大应力水平下降24%,显示颈椎的退变性将极大地削弱颈椎的抗变形和承载能力。有限元分析和散斑实验结果均显示终板及其附近存在应力集中,有限元分析和散斑实验结果的相符表明了两种方法在生物力学研究方面的可行性。     

穿戴髌腱加压带对跳跃动作影响的生物力学研究

为探讨髌腱加压带对股四头肌肌力、活化程度和跳跃力学的影响,招募16位自愿参与本实验的健康受试者,运用等速肌力仪及表面肌电测试系统,监测穿戴髌腱加压带前后股四头肌肌力及肌肉活化程度,并利用三维测力台分析3种不同跳模式的地面反作用力.结果显示:①穿戴髌腱加压带对股四头肌肌力及肌肉活化程度无显著影响,但可有效提升股内侧肌活化程度并可降低股外侧肌活化程度;②穿戴髌腱加压带可显著增加蹲踞跳起跳时地面反作用力,但对下蹲跳和着地反弹跳起跳时的地面反作用力无影响作用;③穿戴髌腱加压带虽不影响下蹲跳及着地反弹跳的地面反作用力,但却在负荷率及着地反弹跳第1次及第2次着地时地面反作用力方面存在下降趋势.认为穿戴髌腱加压带对于股四头肌肌力输出与肌肉活化程度没有负面效益,不会影响股四头肌在运动过程中的伸张-收缩循环机制,能降低着地时的冲击负荷.     

不同姿势对脊椎胸腰节段爆裂骨折的影响

根据临床医学的统计结果,建立了一个比较完整详细的T12-L2胸腰椎节段的脊椎有限元模型,并赋予模型带有失效准则的非线性材料属性来研究不同姿势下脊椎爆裂骨折的生物力学原理.垂直压缩载荷由一个刚体球垂直碰撞脊椎模型产生.在碰撞之前,脊椎模型分别处于直立、前屈、后伸的姿势下,由此获得3种姿势下的骨折过程和评估爆裂骨折程度的纵向高度、横向宽度和关节突接触力的评价参数.研究结果表明,后伸姿势下椎管狭窄程度最大,爆裂骨折程度最严重.     

步态变化对人体膝关节接触生物力学特性的影响

步态变化对股胫关节接触生物力学特性影响的量化研究对人们认识关节的力学行为,保护关节减少伤害非常重要。通过含半月板、股胫关节软骨和股骨、胫骨三维实体的膝关节有限元模型,仿真分析了在步态发生变化时膝关节股胫关节的接触力学特性。仿真分析表明:步态变化后股胫关节内外侧接触面积和接触应力发生了变化,内收外展角度的变化比内外旋角度的变化对膝关节生物力学特性的影响大,膝关节外旋同时出现外展时会加重股胫关节外侧的应力。     

皮肤生物力学研究进展

综述了皮肤本构理论和建模方法.讨论了普通材料力学方法、离体生物力学方法和活体生物力学方法下获取软组织力学特性参数的测量技术,包括张力计测量、多轴加载测量、钢印挤压测量、气动吸料测量、超声波测量等,列举了皮肤生物力学在生物医学中的皮肤伸展术和扩张术中的应用进展.最后对皮肤生物力学的发展进行了展望.皮肤的本构理论、建模方法、生物力学实验方法也给其他软组织生物力学研究提供了有益的参考和启发.