基于有限元模型的人体损伤脊柱的动态特性分析

为了研究在全身振动情况下损伤脊椎对其相临组织部件的影响,建立了一个腰椎L3-L5段的三维非线性有限元模型.研究对脊椎给予了几种损伤假设,如小关节切除、去髓核和后部结构切除等,并对这几种损伤情况进行了有限元瞬态分析.结果表明,腰椎在振动过程中不仅存在垂直方向的振动还伴随有仰俯运动.脊椎小关节可以限制腰椎仰俯运动的幅度以保护纤维环后部免受大的拉伸和高应力的危害.椎间盘去髓核会导致纤维环上高应力的产生和椎间盘鼓胀增大.在振动过程中,小关节的切除同样可以加速椎间盘的退化.     

关节损伤对脊椎频率特性的影响分析

为研究腰段脊柱的生物力学特性,建立了一个脊椎T12-S1段的三维有限元模型.模型中对椎骨的外形结构和内部组成以及各种韧带均进行了详细建模描述,以便使之更接近人体脊椎的真实情况.研究结果表明:在考虑人体上身质量的情况下,脊椎T12-S1段三维有限元模型在垂直方向上的第一阶响应频率为7.68 Hz.椎间盘去髓核与小关节及其关节囊韧带切除均会不同程度地降低脊椎的整体响应频率.椎间盘去核比小关节及其关节囊韧带切除对模态频率的影响要大得多.模型的动态特性是符合人体脊椎的实际情况,可以用于人体脊椎的相关研究.     

路面随机振动下人体椎间盘关节力学特性分析

建立了L4-L5椎体关节的三维有限元模型,分别表示5种人体尺寸和不同的3种坐姿.研究当汽车在路面上行驶时,人体高度、体重和坐姿与脊椎关节压缩应力和剪切应力的关系.结果表明:弯曲坐姿时,脊椎承受的压缩应力和剪切应力最大.人体的高度和体重对于脊椎关节的静态剪切应力和压缩应力都会产生不同程度的影响.脊椎应力与座椅处振动的传递函数和驾乘人员的坐姿有着重要的关系,无论何种体型的人体,驾驶坐姿都比弯曲坐姿所承受的应力小,证明驾驶坐姿更舒适.     

脊椎损伤的应力方式与CT表现

分析２５例脊椎损伤患者的受伤机制与ＣＴ表现，认为屈曲发生损伤的表现主要是椎体的压缩骨折；伸展性损伤为脊柱后部结构受损和破裂；纵轴挤压性损伤常伤及脊椎的三椎结构，多为不稳定性骨折；旋转性损伤常造成椎体移和小关节损害，还对脊柱各段的解剖特点，受伤时生物力学改变进行了讨论。     

低温环境下体育锻炼中关节损伤的因素分析

对206例关节损伤患者进行研究,获得这些关节损伤患者的年龄、职业、性别、锻炼时长、环境温度等信息,并与健康人群进行对比,对影响关节损伤的因素进行线性回归.结果表明:在龙岩市2010年至2014年的206名低温环境下进行体育锻炼的关节损伤患者中,年龄、性别、职业、锻炼环境的温度是踝关节损伤的主要因素;性别、运动时间和温度是造成低温环境下体育锻炼中膝关节损伤的主要因素;年龄和温度是造成低温环境下体育锻炼中肘关节损伤的主要因素.     

基于振动特性的损伤识别方法的研究进展

对基于振动特性的损伤识别方法做了比较详细的综述.介绍了基于振动特性的损伤识别技术的基本问题及其在土木工程中应用的历史发展与现状,并对有关方法进行了总结和评述.最后指出了基于振动特性的损伤识别方法还需要进一步解决的问题.     

人体颈部动力学响应分析有限元模型的建立和验证

根据汽车碰撞事故中人体颈部损伤防护技术研究的需要。建立了一个人体颈部三维有限元模型。该模型参照人体解剖结构模拟了颈椎骨、椎间盘、小关节、韧带、肌肉和软骨等组织，共由15811个单元构成。各组织的材料特性采用了弹性、粘弹性、和刚性材料模型来描述．模型用前碰撞志愿者实验数据进行了验证。其头部的加速度、位移曲线与实验数据得到了较好的吻合。本文初步研究了软组织特性参数对于颈部运动的影响。该模型具有较高的生物逼真度，可对头颈部在汽车碰撞载荷条件下的加速度、速度、位移等动力学响应参数进行分析研究。     

研究汽车碰撞中头颈部动态响应的有限元模型的建立和验证

建立并验证了一个基于人体解剖学结构的头颈部三维有限元模型．该模型由颅骨、脑、颈椎骨、椎间盘、肌肉、韧带和小关节组成,总节点数为17758,单元数21803,模型生物材料特性分别用弹性和粘弹性模型描述．整个头颈部模型应用关国海军生物力学实验室前碰撞志愿者实验及查尔摩斯大学后碰撞滑车实验的数据进行了验证．采用该模型计算了头颈部的加速度、角速度等运动曲线及HIC值．验证结果显示该模型具有较好的生物逼真度,可用于研究在汽车碰撞事故中头颈部损伤生物力学问题和开发损伤防护装置．     

基于神经网络及综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究了载体位置、姿态均不受控的自由漂浮柔性关节空间机器人机械臂轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题,利用系统动量、动量矩守恒关系及第二类Lagrange法,并综合考虑关节驱动电机特性,导出了其全系统动力学模型;然后基于奇异摄动理论将该动力学模型分解为描述机械臂刚性运动的慢变子系统及描述关节柔性振动的快变子系统,并结合关节电机输出力矩与电枢电流的关系,将对控制力矩的设计转化为对电流控制的设计。之后,针对关节柔性振动快变子系统,采用速度差值反馈控制方案对其进行了振动主动抑制;针对机械臂刚性运动慢变子系统,则基于RBF神经网络提出了一种全阶滑模控制方案;其中RBF神经网络用于逼近由系统不确定参数带来的未知非线性项,全阶滑模控制方案的引入在于使控制系统在兼备传统滑模控制方案鲁棒性强特点的同时,还能克服抖振问题。最后,系统数值仿真结果说明了所提方案的有效性。     

振动载荷下腰椎间盘力学响应的仿真分析

为研究振动载荷对腰椎间盘力学性能的影响,采用有限元方法,对人体腰椎间盘L3/L4节段在不同振动频率和振动幅值作用下的力学响应进行仿真分析,并与静载荷下的响应进行比较.发现:振动幅值相同时,振动都不同程度地增大了腰椎间盘的蠕变,振动频率越高,蠕变越大;振动幅值越大,振动频率对蠕变的影响越明显.椎间盘组织的Mises应力受振动频率的影响较小;孔隙压力随着振动频率的增加下降速度有所降低.应变增大时,应力松弛随频率的增加略有减小.因此长期处于振动载荷下,特别是频率较高时,更容易造成纤维环损伤.     

人工腰椎间盘置换术与椎间融合术的生物力学仿真

利用有限元法评估人工腰椎间盘置换术与椎间融合术的生物力学效果.基于CT图像数据建立腰椎L2~L5节段有限元模型,并在此基础上建立人工腰椎间盘置换和椎间融合2种手术模型.对有限元模型施加模拟生理载荷,计算两种手术模型各节段椎间活动度和小关节接触应力.仿真结果表明:相比椎间融合术,人工腰椎间盘置换术在手术节段产生了明显的运动保留功能,但置换节段在后伸和侧弯工况下活动度比正常腰椎增大40.9%和43.1%,易引起手术节段的轻度失稳;人工间盘置换术改善了上下邻近节段小关节的受力状态,但置换节段在扭转工况下会引发较高的小关节接触应力.     

应用莫尔条纹法测定人体腰椎后关节三维位移量

应用莫尔条纹原理,测定人体离体腰椎三维运动时后关节的相对位移量,探索运动的角度、载荷和位移的相互关系,是直接研究关节运动学的一种简便有效方法。本文提供的实验结果对于研究腰椎后部结构的生理和病理功能具有重要的临床意义。     

内镜下经椎板间联合椎间孔入路减压治疗腰椎管狭窄症生物力学评价

为了解决单纯应用椎板间或椎间孔入路,对于多部位、多因素、多层面致压的腰椎管狭窄症(lumbar spinal stenosis, LSS)病例,往往存在减压不彻底的情况,通过建立人体腰椎L4-L5节段有限元模型M0,构建精确的腰椎仿真模型,模拟经椎板间联合椎间孔入路减压,即Endo-LOVE (endoscopic LOVE decompression)联合PTED(percutaneous transforaminal endoscopic decompression)形成的环绕关节突周围减压M3模型,研究经椎板间联合椎间孔入路治疗腰椎管狭窄症术后生物力学变化及对责任节段稳定性影响。结果表明：M3处于前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种工况下时,其L4-L5责任节段活动度相对M0分别增加7.28%、11.29%、0.51%、0.27%、1.17%、0.51%,未发生节段失稳;M3处于前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转六种不同条件下时,其椎间盘Von Mises应力极值相对M0分别增加3.20%、9.51%、0.55%、0.10%、0.39%、-0.44%,未发生应力...     

胸腰椎骨内固定手术仿真模型优化研究

目前治疗胸腰椎损伤手术常用短节段的坚强内固定方式,这种方式容易引发关节退变并发症,为此本文设计了一种可旋动型椎弓根螺钉并利用仿真软件对手术模型进行优化分析.首先采用人体胸腰椎CT图像,利用Mimics,Geomagic等软件重建出人体胸腰椎长、短节段模型并分析其不同工况下的活动度及位移情况;然后基于长节段重建固定手术模...     

三维运动测量和分析方法及其在人体脊柱运动研究上应用

本文应用电测技术和刚体运动学原理．提出了一个三维运动测量和计算方法。该方法成功地用于人体腰椎活动节段的三维运动研究。实验结果表明，本文提出的方法不但可以满足离体腰椎活动节段三维运动测量和分析的要求，而且其原理同样适用于测定人体其它骨骼的三维运动变化。     

基于肌电信号和加速度信号的腰部振动实验研究

实验研究振动时汽车座椅对人体腰部肌肉组织的影响.通过计算腰部肌电信号的均方根值来分析腰部肌肉的响应特征,通过分析振动传递比来研究人体腰部组织的振动能量传递特征,最后对振动传递比和肌电信号的均方根值进行统计分析.实验结果表明,在座椅腰部支撑参数为d₂(适当支撑)时,人体腰部的振动传递比和肌电信号均方根值都最小,而另外两种座椅腰部支撑参数d₁(无支撑)和d₃(过度支撑)对腰部的振动传递和肌电信号均方根值有放大作用.实验证实了适当的座椅腰部支撑能够减轻振动对人体腰部的影响程度.