生物力学研究

摘要： 目的探讨在胫骨平台劈裂压缩骨折模型中,比较锁定螺钉与普通螺钉作为筏螺钉所产生的骨折相对稳定性。方法将尸体胫骨标本随机分为2组,A组:通过钢板的锁定螺钉作为筏螺钉,B组:通过钢板的普通螺钉作为筏螺钉。在400 N~1600 N的负荷范围内,以增加400 N的增量记录骨块下降的位移。还记录了诱发外侧平台骨块位移达5 mm、10 mm和15 mm所需的力。结果力学测试结果均无统计学意义,P值>0.05。在400N条件下对A、B组进行循环试验,位移分别为0.48 mm、0.63 mm。在800 N时,位移分别为1.32 mm、1.41 mm。在1200 N时,位移分别为2.14 mm、1.92mm。在1600 N时,位移分别为2.82 mm、2.48 mm。抗平台移位负荷实验数据显示,A、B组移位达5 mm所需的平均力分别为330 N和321 N。达10 mm的移位,所需的力分别为556 N和517 N。达15 mm位移,所需力分别为960 N和850 N。结论两种筏螺钉技术固定方式所获得的稳定性相似,无统计学差异。即锁定螺钉非必须使用,可为患者减轻经济负担。

摘要： 背景:超重和肥胖在幼儿中越来越普遍,有研究表明体质量过大会影响幼儿的基本运动能力,但运用生物力学方法进行分析的研究较少,更加缺乏将仿真运用其中分析其运动过程中肌肉用力情况的研究。目的:运用运动生物力学研究方法分析不同体质量的幼儿在纵跳过程中的运动学、动力学以及动作过程中下肢肌肉力值,比较这些数据的差异。方法:在北京某幼儿园采取随机抽样的方法抽取四五岁幼儿52名,按体质量指数分为正常体质量组20名、超重组16名和肥胖组16名。运用BTS三维红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台以及VIXTA录像解析系统同步采集幼儿纵跳过程中的运动学和动力学数据;运用AnyBody 7.1.2仿真建模软件计算下肢肌肉力指标。结果与结论:①正常组的纵跳高度、膝关节变化量高于超重组和肥胖组(P<0.05,P<0.01);正常组膝屈曲最小值、躯干角大于肥胖组(P<0.05);②正常组比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、臀中肌前束小于超重组(P<0.05);③正常组比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、腓骨长肌、股内侧肌下束、臀中肌前束小于肥胖组(P<0.05);④正常组半腱肌、臀小肌前束大于肥胖组(P<0.05),正常组上下孑孓肌、闭孔内肌大于超重组(P<0.05);⑤肥胖组腓骨短肌大于正常组和超重组(P<0.05);⑥肥胖组臀小肌后束小于正常组和超重组(P<0.05);⑦结果提示:超重和肥胖幼儿纵跳高度低于同年龄段正常体质量幼儿,且表现出初期纵跳阶段的运动学特征;在落地缓冲阶段超重和肥胖幼儿在前后方向和左右方向产生的地面反作用力更大;幼儿在完成纵跳动作时主要发力肌肉是比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、腓骨短肌、腓骨长肌、股四头肌、臀中肌、臀大肌及大收肌;超重组和肥胖组幼儿股四头肌以及活动髋关节的标准化之后的相关肌肉力相比于同年龄段正常体质量幼儿更低。

摘要： 背景:超重和肥胖在幼儿中越来越普遍,有研究表明体质量过大会影响幼儿的基本运动能力,但运用生物力学方法进行分析的研究较少,更加缺乏将仿真运用其中分析其运动过程中肌肉用力情况的研究.目的:运用运动生物力学研究方法分析不同体质量的幼儿在纵跳过程中的运动学、动力学以及动作过程中下肢肌肉力值,比较这些数据的差异.方法:在北京某幼儿园采取随机抽样的方法抽取四五岁幼儿52名,按体质量指数分为正常体质量组20名、超重组16名和肥胖组16名.运用BTS三维红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台以及VIXTA录像解析系统同步采集幼儿纵跳过程中的运动学和动力学数据;运用AnyBody 7.1.2仿真建模软件计算下肢肌肉力指标.结果 与结论:①正常组的纵跳高度、膝关节变化量高于超重组和肥胖组(P<0.05,P<0.01);正常组膝屈曲最小值、躯干角大于肥胖组(P<0.05);②正常组比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、臀中肌前束小于超重组(P<0.05);③正常组比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、腓骨长肌、股内侧肌下束、臀中肌前束小于肥胖组(P<0.05);④正常组半腱肌、臀小肌前束大于肥胖组(P<0.05),正常组上下孑孓肌、闭孔内肌大于超重组(P<0.05);⑤肥胖组腓骨短肌大于正常组和超重组(P<0.05);⑥肥胖组臀小肌后束小于正常组和超重组(P<0.05);⑦结果提示:超重和肥胖幼儿纵跳高度低于同年龄段正常体质量幼儿,且表现出初期纵跳阶段的运动学特征;在落地缓冲阶段超重和肥胖幼儿在前后方向和左右方向产生的地面反作用力更大;幼儿在完成纵跳动作时主要发力肌肉是比目鱼肌外侧头、腓肠肌外侧头、腓骨短肌、腓骨长肌、股四头肌、臀中肌、臀大肌及大收肌;超重组和肥胖组幼儿股四头肌以及活动髋关节的标准化之后的相关肌肉力相比于同年龄段正常体质量幼儿更低.

摘要： 步态分析是综合人体解剖学、生理学与力学相关知识对人体行走功能和状态进行分析的一种生物力学研究方法。人类的行走是由身体各个部分运动协同配合完成。步态研究可以通过对受试者行走过程每个动作细节进行定量和定性分析来完成。步态分析的发展史可以追溯到17世纪初,Giovanni Borelli首次提出应用力学和几何学原理探讨运动时骨骼肌肉系统的运动规律。20世纪50年代,业内开始对步态进行客观准确的测量。而后经过Perry[1-2]与Sutherland和Hagy[3-4]以及其他研究者的努力,将肌肉功能与关节运动和步态关联起来,展示了步态分析重要的临床价值。进而有研究者根据步态分析结果对神经肌肉疾病患者的手术治疗方法进行改进,显著改善了患者的步态,使步态分析逐渐成为一个真正可用的临床工具。在骨科与物理康复的临床工作中,步态分析得到了广泛的应用,通过采集患者各时期的步态参数并与正常基线值或患者自身进行比较,可以实现对患者的病情和治疗效果的客观评价。现对相关内容综述如下。

摘要： 他们中有人凭借在生物医学工程领域的影响力,入选全球前2%顶尖科学家榜单;他们培养的博士后曾因抗疫突出表现,获多项荣誉并在北京人民大会堂接受表彰;他们开放包容、年轻活力,走在国际前沿……西安交通大学仿生工程与生物力学研究所(简称BEBC)围绕"基础理论—技术研发—应用推广"的学术思想,以科学研究和产业转化为目标开展多学科交叉研究。

摘要： 目的 评估不同固定方式治疗后外侧关节面塌陷的SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折的生物力学效果.方法 利用人工骨建立SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折伴后外侧关节面塌陷的模型18例,将其均分为3组,分别模拟3种内固定方式固定:A组采用内侧钢板固定;B组采用内侧钢板加后侧支撑钢板固定;C组增加外侧骨窗,采用内外侧双钢板固定.通过力学实验机加载静态负荷,获得塌陷关节面与周围相连皮质断裂时以及垂直位移＞3 mm时的载荷值.结果 塌陷关节面与相连皮质断裂时所加载的负荷为A组(1 715.0±52.1)N、B组(2 631.7±81.8)N、C组(2 763.3±51.6)N,3组间载荷存在差异(F=486.183,P=0.000),3组间两两比较差异均有统计学意义(P均＜0.05).塌陷关节面垂直位移＞3 mm时的载荷为A组(2 360.0±71.0)N,B组(3 125.0±104.4)N,C组(3 418.3±81.3)N,3组间载荷存在差异(F=238.140,P=0.000),3组间两两比较差异均有统计学意义(P均＜0.05).结论 对于合并后外侧关节面塌陷的SchatzkerⅣ型胫骨平台骨折,增加外侧骨窗、内侧联合外侧钢板固定对于塌陷关节面的固定强度最高,内侧联合后侧钢板固定的强度次之,理论上两者均可承受行走时负荷;单纯内侧钢板固定强度最低,但亦可满足非负重功能锻炼时的负荷要求.

摘要： 目的 探讨自制组合式可变应力接骨板固定股骨干骨折生物力学研究.方法 将选取的15个股骨标本随机分为对照组、普通加压组、组合式可变应力组3组,每组5个.比较3组股骨前屈、后屈、压缩实验不同载荷下的最大位移.结果 3组股骨前屈、后屈实验20N、60N载荷下及压缩试验100N、300N载荷下的最大位移比较差异均无统计学意义(P＞0.05);组合式可变应力组和普通加压组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均高于对照组(P＜0.05);组合式可变应力组前屈、后屈实验100N载荷下及压缩试验500N载荷下的最大位移均低于普通加压组(P＜0.05).结论 体外模拟股骨干骨折应用自制组合式可变应力接骨板固定有较好的生物力学特点,在不同作用力下均能保持较小的位移,变形抵抗能力好.

摘要： 目的 下颌骨是颌面部位置突出、体积最大的骨骼,是面部受创时的重点部位,临床常用的手术固定方式为内固定.根据三维有限元分析结果发现,不同外形的内固定板对下颌骨骨折的固定效果具有明显的差异.在一定的咬(牙合)力下,3D钛板固定下颌骨骨折发生的应力、应变及相应骨折处发生的应力、应变及位移,都小于传统的内固定板,发生变形及断裂的可能性很小.3D钛板外形较丰富,且不断有新的设计产生,但缺少系统性的比较结果.现对不同外形的3D钛板固定下颌骨骨折不同效果的研究进展作一综述.

摘要： 合成骨是骨科生物力学研究的重要材料,至今已经发展了4代产品.第四代合成骨以第三代合成骨为基础,其疲劳阈值、热稳定性及溶解稳定性均较高,可在生理环境下进行反复负载的生物力学实验.相较于尸体骨,合成骨具备易获取、无伦理学限制、处理和储存成本低、样本间一致性高及可模拟年轻人骨骼特性等优势,但也存在不能应用于弹道骨折研究、可模拟骨质单一及无法重复使用和分析内部应力等不足.应用3D打印技术制作合成骨骨折模型以减小样本间差异将是未来研究新方向.该文就合成骨发展历程、优势与不足及近期基于合成骨的生物力学研究与结论作一综述.

摘要： 本发明公开了一种生物力学仿生研究的支架，包括上卡槽片、下卡槽片及若干条多孔隙弧形板，所述上卡槽片和下卡槽片一上一下地横向设置，所述若干条多孔隙弧形板从左至右依次间隔均匀地设置在所述上卡槽片和下卡槽片之间，每条多孔隙弧形板的上下端一一对应地与所述上卡槽片和下卡槽片相连；每条多孔隙弧形板从前至后包括四层孔隙；所述多孔隙弧形板的弧度为15°；所述支架采用钛合金制成。本发明的生物力学仿生研究的支架，可以实现在支架内植物上研究生物力学信号对细胞的生物学影响，从而更好地指导和优化支架内植物的设计。

摘要： 本实用新型公开了一种用于体内研究骨整合的生物力学加载装置，由底座、下肢固定机构和力学加载机构组成，所述底座上设置有四个固定柱；下肢固定机构包括一左一右设置的胫骨放置架和门字形挡板，胫骨放置架通过两个伸缩柱设置在所述底座上；门字形挡板固定在所述底座上；门字形挡板的左侧面上竖向开设一半圆形凹槽；半圆形凹槽的中轴线与胫骨放置架的中轴线相互垂直；力学加载机构包括电机及推板。本实用新型的用于体内研究骨整合的生物力学加载装置，通过构建胫骨近端钛钉假体植入模型来人为创造体内骨整合过程，随后利用生物力学加载装置对植入假体的下肢进行活体外可控力学刺激，从而达到研究生物力学对骨整合影响的目的。

摘要： 本实用新型提供了一种骨科研究实用微型生物力学试验机，能够对骨胳进行拉伸、压缩试验，同时施加的轴向力可控制大小，也可提供周期变化的力，更换不同的夹具，还能实现不同要求的生物力学的骨骼研究试验。其包括工作台、前后自动调整机构和水平施加载荷机构；前后自动调整机构和水平施加载荷机构分别设置在工作台两端；水平施加载荷机构包括动力单元、移动座和夹具体Ⅰ，移动座上连接夹具体Ⅰ，移动座由动力单元驱动能够工作台横向来回移动；前后自动调整机构包括固定座、调节板传感器和夹具体Ⅱ，固定座设置在工作台上且沿工作台纵向位置可调，固定座上连接调节板，连接弯板上连接夹具体Ⅱ，连接弯板和调节板之间连接传感器。

摘要： 本实用新型涉及实验用具技术领域，具体揭示了一种研究血液与血管生物力学的模拟装置，包括板材，板材的正面固定连接有手部模型、心脏模型和动力泵，心脏模型的内部固定连接有第二连接管，第二连接管的两端分别贯穿心脏模型的两端，手部模型的内部固定连接有第一连接管，第一连接管的两端分别贯穿手部模型的两端，第一连接管的一端与第二连接管的一端之间通过第一输送管连通，第一连接管的另一端与动力泵的输入端之间通过第二输送管连通，动力泵的输出端与第二连接管的另一端之间通过第三输送管连通；人们可以通过该装置直接研究血液与血管之间的生物力学，并且板材上还设置有电源，使该装置可随时随地进行使用。

摘要： 本实用新型公开了一种生物力学仿生研究的支架，包括上卡槽片、下卡槽片及若干条多孔隙弧形板，所述上卡槽片和下卡槽片一上一下地横向设置，所述若干条多孔隙弧形板从左至右依次间隔均匀地设置在所述上卡槽片和下卡槽片之间，每条多孔隙弧形板的上下端一一对应地与所述上卡槽片和下卡槽片相连；每条多孔隙弧形板从前至后包括四层孔隙；所述多孔隙弧形板的弧度为15°；所述支架采用钛合金制成。本实用新型的生物力学仿生研究的支架，可以实现在支架内植物上研究生物力学信号对细胞的生物学影响，从而更好地指导和优化支架内植物的设计。

摘要： 本发明公开了一种轨道车辆的人耳生物力学研究、建模、验证及应用方法，为轨道交通装备噪声舒适性的设计和评价提供思路和依据。其中，该验证方法包括：在外耳处建立一个平面波声源作为声学激励，在外耳处施加一系列不同频率、不同声压值的纯音色声波，通过外耳声模态分析与结构域模态分析得出人耳有限元模型及流体域有限元模型的声音敏感频段，并比较该频段与人耳听力系统实际敏感频段的匹配性；以及通过声固耦合法和模态叠加法分别得到该人耳有限元模型中鼓膜及镫骨底板的声压响应，并与ANSI曲线对比；结合上述两次比较结果判断所述人耳有限元模型及流体域有限元模型的可靠性。

摘要： 一种评估人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨骨折风险的微观生物力学研究方法，属于生物力学领域。包括以下步骤：⑴分离股骨组织和周围软组织图像；⑵建立与实际股骨尺寸相等的三维股骨模型；⑶模拟人体不同角度侧向跌倒冲击载荷下股骨的受力；⑷分析人体不同角度侧向跌倒股骨应力、应变、刚度等力学参数以及观察应力分布、应力集中区域，在力学角度分析探讨不同角度侧向跌倒时股骨在冲击载荷下的微观力学属性的变化。本发明运用μMRI‑FEA技术手段，探究不同角度侧向跌倒股骨冲击载荷下的微观生物力学行为，对不同角度侧向跌倒姿态下股骨强度差异以及应力集中区域差异的探究和骨折机制的明确具有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种轨道车辆的人耳生物力学研究、建模、验证及应用方法，为轨道交通装备噪声舒适性的设计和评价提供思路和依据。其中，该验证方法包括：在外耳处建立一个平面波声源作为声学激励，在外耳处施加一系列不同频率、不同声压值的纯音色声波，通过外耳声模态分析与结构域模态分析得出人耳有限元模型及流体域有限元模型的声音敏感频段，并比较该频段与人耳听力系统实际敏感频段的匹配性；以及通过声固耦合法和模态叠加法分别得到该人耳有限元模型中鼓膜及镫骨底板的声压响应，并与ANSI曲线对比；结合上述两次比较结果判断所述人耳有限元模型及流体域有限元模型的可靠性。

摘要： 本实用新型公开了一种股骨生物力学实验夹具以及骨生物力学实验装置，包括：仿髋臼夹具和支座夹具等，所述仿髋臼夹具设于所述支座夹具的正上方，所述仿髋臼夹具套设于股骨的上端，所述支座夹具套设于所述股骨的下端。通过对本实用新型的应用，通过对支座夹具的操作，根据不同实验情况下对股骨状态需求对股骨的下端进行旋转、摆动以及水平方向的移动，从而更好地进行力学实验；通过球窝结构的加载头套设于股骨的上端，可以实现类似髋臼窝的加载效果，从而更加精准的进行股骨的生物力学研究。

摘要： 本实用新型公开了一种用于运动生物力学研究的人体平衡能力测试装置，包括装置体和内穿槽，所述装置体的左右两端均安置有固定座，且固定座的顶端安装有电动机，所述固定座的中部安置有传动丝杆，且传动丝杆的外侧衔接有传动座，所述传动座的外侧设置有有传动槽，且传动座的外壁固定有衔接滑块，所述传动座的外壁与衔接滑块的外壁之间为固定连接，且衔接滑块的外侧设置有衔接滑槽。该用于运动生物力学研究的人体平衡能力测试装置设置有固定座，通过两个且为对称的固定座，即可方便来衔接传动机构，便于让装置体通过传动机构来对测量结构进行传动调节，以达到调节装置体的机动性和自动化的能力，让装置体使用起来更加的便捷。