个体化骨肌多体动力学和有限元联合建模的肩胛骨锁定板生物力学评估方法

为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能。以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件Anybody和有限元软件Abaqus,建立与个体上肢相对应的骨肌多体动力学模型和肩胛骨骨折固定有限元模型,模拟右臂外展90°和前屈45°运动;采用骨肌多体动力学方法,预测个体体内所有的肌肉力和关节力,然后将预测的肌肉力和关节力加载至肩胛骨骨折固定有限元模型,调查新设计骨折板的生物力学性能,并与传统重建板进行了对比。结果表明:在右臂外展和前屈运动中,最大盂肱关节接触力分别为428 N和379 N;2.6 mm厚度新设计骨折板的最大范氏应力分别为118 MPa和113 MPa,均小于3 mm厚度重建板的最大范氏应力128 MPa和142 MPa。与传统的植入物失效评估方法相比,个体化联合建模方法增加考虑了个体的解剖差异和体内生理载荷状况,允许在个体日常活动体内载荷下调查植入物的生物力学性能,可为假体设计、医生手术和术后康复提供理论指导。     

颈椎融合器的力学测试及有限元验证

目的:设计一款聚乳酸材质融合器,完成力学测试并判定融合器的可行性.方法:分别对健康的和植入融合器的C5-C6节段羊颈椎进行压缩、前屈、后伸、侧弯实验,得出载荷-位移曲线,比较融合器植入前后颈椎的力学性能;再用万能电子试验机检验融合器的疲劳强度;最后对融合器进行有限元仿真观察应力分布.结果:加入融合器后颈椎的稳定性有所提高;融合器的疲劳强度合格,应力分布合理,未产生应力集中.结论:聚乳酸材质融合器有足够的力学强度,满足力学要求.     

运动员伸膝功率及其专项特征

本文通过对北京体院116名男生在惯性负荷下的伸膝力、功及功率的测试,分析了其专项特征。结果表明:1)在静态力量与功率输出的关系上存在着不同的“专项特征”,例如短跑运动员与足球运动员的静力值与功率值之间的相关系数在四种负荷条件下都有显著意义,而长跑运动员则只在最大的负荷下表现出静力与功率的显著相关。2)除了肌纤维结构因素之外,还存在着某种神经肌肉调节(动力定型)机制影响着受试者的动作效果。例如足球运动员在本文测试的所有场合都表现出最优的动作效果。     

汽车碰撞中胸-腹部的生物力学响应与损伤评价

统计表明,在汽车交通事故中人体胸部和腹部的损伤占很大的比例.为了研究汽车碰撞事故中人体胸腹部的生物力学响应与损伤机理,文中利用建立的人体胸-腹部生物力学有限元仿真模型,并引入国际同行已进行的相同部位尸体实验研究数据,对碰撞过程中人体胸腹部的生物力学响应进行了仿真分析.文献尸体实验与仿真过程中胸腹部的受力、加速度、胸腹部压缩变形量以及应力、应变分布等指标的对比结果表明,仿真结果与实验数据具有很好的一致性.研究表明,人体胸-腹部生物力学响应的有限元模拟能够准确地反应碰撞过程中人体胸-腹部的损伤程度,文中提出的模型可以用于汽车车身结构、约束系统、防护系统等方面的安全性设计和评估.     

不同鞋底硬度对跑步时下肢生物力学特征的影响

运动鞋鞋底硬度会影响缓冲性能和保护作用,进而影响穿着者的运动表现。通过分析9名跑者分别穿着7种不同鞋底硬度运动鞋跑步时下肢运动学和动力学指标的变化,探析鞋底硬度对鞋缓冲性能和防损伤性能的影响,为运动鞋的设计与制作提供理论依据。结果表明:随着鞋底硬度的增加,跑步着地时足外翻和外旋的程度增大,进而增加损伤几率。足着地时的垂直地面反作用力第一峰值力不受鞋底硬度的影响。30°和40°是较理想的鞋底硬度,缓冲效果较好,同时可以降低足部过度运动的风险。     

股骨头坏死疗法的骨科生物力学研究

股骨头坏死是当今疑难病之一,100多年来,由于病因和病理过程不明,没有一种学说和疗法得到临床有力支持。近20多年来,我国学者以中医学理论为指导,以现代科学技术为手段,吸收超微结构损伤学和骨科生物力学等多门新兴边缘学科研究成果,并重新认识髋关节的病因,病理理论,突破传统医学定论,逐步形成内外兼治,以修复股骨头结构、提高骨小梁力学性能、改善骨内循环和模造髋关节、调整骨盆倾斜、改善受力关系、再现髋关节功能为主要手段的一整套无损伤治疗方法。     

蹬痕形成和变化的生物力学基础研究

目的蹬痕是起足阶段的主体痕迹,全面了解和掌握其形成过程和机理以及特征变化规律是深入挖掘足迹信息的前提,也是准确进行足迹分析的重要保障。方法利用足底压力测量系统采集人体平地自然行走时足-地相互作用的时间、空间和力学参数,对足与地面接触的全过程进行量化分析,对蹬痕形态特征进行直观观察和比较研究。结果不同年龄人群由于生理机能和运动能力等差异,起足动作、蹬痕反映均有明显差异。结论通过综合分析蹬痕形成过程足-地相互作用的生物力学参数和足迹步态特征,有助于正确理解和应用蹬痕分析年龄等人体自然条件,为侦查提供更加准确的方向。     

脑瘫患者痉挛评估研究进展

痉挛型脑瘫患者由于大脑上运动神经元损伤,临床表现为与该受损神经相关的的肌肉肌张力过高。痉挛对于脑瘫儿童的生长发育有很大的影响,正确评定痉挛是医生诊断和制定康复方案的基础。国内外主要的痉挛评估方法分为主观和客观评估,主观评估多为痉挛量表评估,客观评估有生物力学辅助和神经生理辅助评估。对每种评估方法的局限性进行了总结,并在此基础上提出了今后痉挛评估方法的研究方向。     

股骨三维有限元模型的建模方法

有限元分析被广泛地应用于骨科生物力学领域,其为更好的解决骨科生物力学问题,改进医疗产品设计和治疗效果提供了依据.尽管目前有关股骨生物力学的有限元研究有很多,但由于人体自身股骨受力情况复杂且骨组织材料属性影响因素众多,因此,国内外学者在有限分析模型的建模及相关问题的处理上存在很多差异,这会对计算结果的可靠性产生一定影响.根据有限元建模的4个步骤,从4个方面对目前股骨三维有限元模型建模方法和边界条件处理的研究现状进行综述,综述结果对股骨的三维有限元分析具有一定的指导意义.