目的 探讨不同内固定方式治疗股骨颈骨缺损骨折的静力学特征以及固有和约束模态对内固定的影响.方法 首先基于CT图像建立伴有股骨颈内固定系统(femoral neck system,FNS)和倒三角空心钉(cannulated screw,CS)两种不同内固定装置的股骨颈骨折模型与股骨颈骨缺损骨折模型,然后模拟3倍体重载荷下,不同骨折内固定模型的应力、位移分布及峰值以及模态下的位移峰值、频率以及固有和约束模态振型.结果 两种内固定方式下,股骨颈骨缺损骨折的内固定应力峰值(337.69 MPa,618.58 MPa)显著高于股骨颈骨折模型(149.38 MPa,300.57 MPa),股骨头应力峰值(107.75 MPa,93.78 MPa)与位移峰值(5.244 mm,4.415 mm)也都高于股骨颈骨折模型[(95.73 MPa,85.64 MPa),(4.367 mm,3.478 mm)].在骨折类型相同的情况下,FNS内固定模型相比CS内固定模型具有更低的位移峰值以及更加均匀的应力分布.模态分析结果显示,振动对于内固定的稳定性有一定影响,约束模态的振型频率范围要小于固有模态.固有模态下FNS的位移峰值较CS降低了6.99％,约束模态下位移峰值降低了14.02％.结论 骨缺损会严重破坏内固定的力学环境,无论是普通骨折模型还是骨缺损骨折模型,FNS固定的静态与动态特性都要优于CS固定.临床治疗中要考虑股骨及内固定器械的固有、约束频率所产生的影响,避免因共振而造成内固定失效等问题.

膝骨关节炎(KOA)是一种多发于60周岁以上老年人的慢性退行性骨关节疾病.以太极拳为主的运动疗法已被证实对KOA所致慢性疼痛具有良好疗效,长期坚持太极拳锻炼可有效改善KOA患者膝踝本体感觉,增强动态稳定性和降低跌倒风险.但其具体机制尚未形成统一共识.KOA患者具有明显的运动生物力学特征改变,运动生物力学指标的改变是KOA的始动因素和病理基础.本研究基于运动生物力学探讨太极拳对KOA患者膝关节的力学影响,分析太极拳改善KOA的潜在作用机制,以期为太极拳干预KOA提供依据.太极拳训练涉及的运动生物力学理论包括动力学部分、静力学部分和运动学部分等.从运动生物力学角度看,太极拳训练改善KOA的潜在作用机制包括改善平衡能力、提高稳定性(改善KOA患者股四头肌肌力、协调膝关节周围肌群和降低KOA患者膝关节内侧负荷)、均衡关节内应力(降低半月板及软骨的峰值应力、改善下肢肌力和下肢力线)和降低运动反作用力等4个方面.但太极拳训练仍存在一些不足之处,可能会影响其运动生物力学的分析,具体表现在以下4个方面:① 太极拳初学者训练方式不恰当,可能会增加肌肉、韧带和关节损伤概率;② 太极拳训练动作具有一定难度,受试者短时间内学习容易动作不规范,容易影响研究数据的准确性;③ 脱落率逐渐提高,不利于进行数据统计;④ 完整的太极拳训练耗时长、分析难度大,目前主要单独对特定动作进行分析,关于非代表性动作的研究偏少.

目的为解决目前膝关节康复设备便捷性差、医疗成本高、普适性不强等问题,该文设计了一种便携式膝关节康复智能轮椅.方法通过对膝关节结构与康复机理分析,设计电推杆驱动式康复机构,采用模块化思想设计多功能模块,搭配STM32单片机,实现车体与各功能模块的控制,利用SolidWorks软件建立三维模型,结合Adams和Ansys仿真软件对膝关节康复机构及核心零部件进行运动学与静力学分析.最后,搭建实物样机对实际使用性能进行验证.结果经实物样机测试得出,膝关节摆杆实际角度为15.1°～88.9°,摆杆角速度为-7.9～8.1°/s,摆杆角加速度为-4.2～1.6°/s2,电动推杆推力范围为-82.6～153.1 N,载荷踏板最大形变量约为1.7 mm,腿托最大形变约为1.5 mm.结论膝关节康复式智能轮椅能够满足各项设计功能,实际性能符合设计准则,验证了结构设计的合理性与可行性.

目的 建立T2～L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑.方法 基于CT扫描图像数据建立T2～L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12～L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2～6、T7～11和T12～L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析.结果 T12～L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°～1.55°,与文献数据吻合良好.在不同跌落高度下,T2～6、T7～11和T12～L5 3段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7～5.3、1.3～5.5、1.3～7.5kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制.结论 所建立的T2～L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性.

目的 针对目前下肢康复训练设备适配性、训练效果不佳的现状,设计一种可供手术患者、脑血栓患者及下肢残疾人士踝关节康复的智能辅助轮椅.方法 通过对人体踝关节结构和运动特性进行分析,设计踝关节康复机构的整体结构,搭配STM32F103单片机设计控制电路;基于CATIA软件建立三维模型,结合Adams仿真软件搭建平台进行动力学分析;利用ANSYS软件,对辅助轮椅核心零件进行静力学分析,验证结构设计的可行性;选型、装配并搭建实物样机,对实体样机的各项功能与实际性能进行测试.结果 通过仿真分析,踝关节康复机构符合设计标准.实际踝关节纵向可翻转角度为-24.6°～13.5°,横向翻转角度为-19.6°～19.5°,踝关节翻折速度为5.8～6.7 °/s,踝关节扭动速度约为7.6 °/s,踝关节翻折运动扭矩约为20 N·m,外展运动所需扭矩约为17.2 N·m.结论 该踝关节康复智能辅助轮椅可实现行走、升降、智能辅助等功能.通过仿真分析及实验测试,轮椅的各项功能均可实现,各项参数指标均符合设计标准,验证了多功能踝关节康复轮椅设计的安全性与合理性.

目的 比较三种空心钉固定方法治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学性能.方法 购买18 个人工股骨模型,按照Pauwels角70°进行股骨颈截骨,制作PauwelsⅢ型股骨颈骨折模型.随机分成A、B、C三组,每组6 个.A组菱形分布螺钉固定、B组 3 枚空心钉结合内侧支撑钢板固定、C组阿尔法分布螺钉固定.每组选取6 个标本置于力学试验机上模拟髋关节受力情况.进行轴向静力学试验、扭转静力学试验.比较分析三组固定方法的轴向刚度、扭转刚度、失效载荷.结果 A组轴向刚度(62.28±34.75)N/mm、扭转刚度(2.08±0.60)Nm/°、失效载荷(691.3±257.4)N;B组轴向刚度(68.43±20.28)N/mm、扭转刚度(1.83±0.33)Nm/°、失效载荷(976.5±123.8)N;C组轴向刚度(118.78±53.40)N/mm、扭转刚度(1.21±0.23)Nm/°、失效载荷(989.5±263.0)N.三组轴向刚度、扭转刚度比较差异有统计学意义(P<0.05),两两比较B组及C组失效载荷优于A组,组间比较差异有统计学意义(P<0.05),B组与C组组间比较差异无统计学意义(P>0.05).结论 菱形分布螺钉固定具有更好的抗扭转能力,阿尔法分布螺钉固定抗剪切能力最强,空心钉结合内侧支撑钢板具有适中的抗扭及抗剪切能力.

胸腔闭式引流加负压吸引常用于气胸引流或胸腔手术后肺膨胀不佳的治疗[1].医疗机构广泛使用的传统负压吸引装置是依据流体静力学原理设计,一般采用双或三胸瓶,连接方法繁琐.本研究探讨基于伯努利原理原理设计的负压吸引装置在胸腔闭式引流中的应用效果,现报告如下.

目的:探讨压力传感器的位置及动脉端肢体位置对有创动脉血压持续监测的影响.方法:观察行有创动脉血压监测的住院患儿压力传感器与右心房(静脉静力学轴)的相对位置、穿刺侧动脉端肢体高度对血压值的影响.结果:压力传感器高于、低于患儿右心房水平时,不同距离组间血压比较差异有统计学意义(P<0.01).压力传感器与患儿右心房在同一水平,桡动脉端降低时,不同角度组间舒张压比较差异有统计学意义(P<0.01).结论:压力传感器与右心房(静脉静力学轴)相对位置、动脉端肢体低于静脉静力学轴时对有创动脉血压监测产生影响.

背景:目前临床治疗腰椎退行性变仍以传统椎体融合术式为主,近年来椎体非融合手术发展迅速,两种术式对腰椎应力的影响值得进一步研究.目的:通过有限元分析法探索退变腰椎载荷分布及腰椎退变的机制,并对比分析融合与非融合术后腰椎的应力分布及两种手术对退变腰椎的改善情况.方法:基于CT图像分别建立正常、腰椎间盘突出退变、融合术后及非融合术后4组腰椎的有限元模型,利用workbench 17.0模拟4组模型分别处于中立位、侧屈位、屈曲位及旋转位时的受力,并进行静力学有限元分析.结果与结论:①通过对退变腰椎有限元分析发现,椎间盘应力主要集中在纤维环后侧,当纤维环变性时在应力作用下特易变薄,从而影响腰椎稳定性;②对比4组腰椎的有限元分析结果后发现,非融合术腰椎的有限元结果更接近正常腰椎,因而采用非融合方案对退变腰椎的修复效果更佳.

目的 设计空间运动轨迹爬行训练装置,该装置能够实现通过转动轮盘带动上肢把手做椭圆运动,同时带动腿部支撑绕一个可做直线往复移动的点做30°~0°之间的往复摆动,从而可辅助使用者完成整个爬行运动.方法 首先运用SolidWorks对装置的结构进行三维建模;然后通过SolidWorks Motion对整个装置进行运动学仿真,并通过计算完成动力学分析;最后从SolidWorks将主要受力部件导入ANSYS Workbench进行静力学分析.结果与结论 设计的空间运动轨迹爬行训练装置可以辅助使用者完成预定的爬行运动,并且关键部件的强度校核满足强度要求.