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腹腔镜器械与生物组织的接触力学分析
目的 建立生物组织与腹腔镜器械的接触变形模型,进行接触应力应变分析.方法 利用Kelvin-Voigt模型及Hertz接触理论,建立楔形、圆形齿结构的器械与生物组织接触变形模型,分析接触应力及应变随时间变化的情况;并运用有限元分析及生物阻抗测量方法,比较不同器械结构与组织接触后的变形及应力变化情况.结果 不同结构的齿在抓取组织时对组织造成不同的应力应变.楔形齿结构对组织造成的应力大,圆形齿小,楔形与圆形混合齿介于两者之间.结论 楔形与圆形混合齿可以有效减少抓钳与组织接触时产生的过载压力,从而能够减小楔形齿对组织造成的伤害,增强圆形齿抓取组织的能力.在临床上,该方法可为腹腔镜器械的安全使用和设计提供重要建议.
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材料匹配与人工髋关节接触性能分析
目的 研究当前临床常用的不同材料匹配的典型人工髋关节接触力学性能.方法 建立球基共型接触人工髋关节的有限元模型;通过施加恒定竖直方向载荷,等效模拟关节正常行走情况下的接触力学,分析材料匹配球面的接触性能及评估相应的磨损预测.结果 获得具有诸如金属对金属(MOM)、金属对陶瓷(MOC)、陶瓷对陶瓷(COC)、陶瓷对聚合物(COP)、金属对聚合物(MOP)5种材料组配条件下的人工髋关节接触性能数值分析;结果显示其接触应力由大到小排列分别为COC、MOC、MOM、COP和MOP;而接触面积由大到小排列分别为MOP、COP、MOM、MOC和COC.结论 高弹性模量和低泊松比的材料匹配的人工髋关节变形量较小,但会导致局部应力较大;将低弹性模量和高泊松比的柔性材料聚乙烯作为髋臼,则不会出现较大的接触应力集中,但变形量较大,且出现边缘受力情况.另一方面,MOM和MOC材料匹配的人工髋关节具有较低的接触磨损性能,对临床上人工髋关节选材提供参考价值.
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非球面人工髋关节接触力学
目的 由于受制造技术的局限性、可能的设计优化考虑以及临床应用的磨损等因素影响,人工髋关节轴承表面表现为非球面几何特征,可以利用有限元分析方法对非球面人工髋关节的接触力学行为进行研究.方法 对球面网格数据模型进行非球关节面重建,研究不同取向椭球面股骨头对球面髋臼几何特征的非球面金属对金属人工髋关节的接触力学表现.结果 非球面股骨头接触区域中心位置的平均曲率半径在一定范围内增大时,能有效降低相应关节接触面上的大接触压力,同时接触面积有所增加;在同样载荷下,髋臼相对股骨头不同倾斜状态对非球面股骨头的接触压力峰值和面积影响较小,但压力分布有所不同.结论 良好地控制人工髋关节的非球表面特征,有利于改善人工髋关节大接触压力幅值大小和接触区域分布.所发展的非球面人工髋关节接触模型及数值模拟过程能够有效地运行,这为非球面关节动态接触及磨损预测问题研究提供了条件.
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一种新型人足底压力分布测量系统及其应用
医学研究表明,人体足部的病态与许多疾病密切相关,而足底压力分布的不正常与足部病态有着相当的联系.本研究应用新型导电橡胶为传感器材料,利用其力-电阻特性,研制成功了251点阵接触力传感型人体足底压力分布的测量系统,它包括多点导电橡胶传感器,接口电路,计算机数据采集和处理系统等.该系统能够实现动态、全场、实时测量,并给出直观、功能全面的图像结果显示.文中叙述了系统的设计和工作原理以及临床测试,同时给出了它在医学预诊上的应用.
