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骨关节康复中的力学问题
从生物力学角度出发,采用力学研究方法,对组织的力学性质进行研究,可为康复治疗的机理探讨和治疗手段的改进提供理论依据.本文简要介绍在制动综合征、软组织损伤、颈椎牵引、关节挛缩等一些骨科康复领域中所涉及的力学问题,以期更好地指导临床治疗.
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腰椎三维有限元生物力学分析的技术应用进展
有限元分析(finite element analysis,FEA)是一种理论生物力学的研究方法,即以数学力学模型来进行数值力学分析,还原工程系统的数学行为特征,应用数学形式模拟物体的数学特征,包括依据物理原形所得的节点、单元、材料属性、载荷、边界条件等,改变部分结构、参数和载荷,就能模拟任意处的位移和应力,获得全域性的信息.有限元分析作为生物力学研究方法之一,已经广泛用于脊椎各种组织的生物力学分析,目前已成为腰椎生物力学研究的热点.
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上颈椎损伤及内固定治疗生物力学机制的有限元研究进展
上颈椎通常指C1、C2,即寰、枢椎,其上连头颅,下接下位颈椎,在脊柱中的力学作用非常复杂,超过50%的颈椎损伤发生在C1和C2[1、2],而上颈椎损伤的生物力学机制又是临床治疗的基础。随着计算机技术的飞速发展,有限元方法作为一种新的生物力学研究方法,较之传统动物实验或尸体实验具有可动态反映外部载荷下实验模型内部应力/应变变化,以及通过改变参数可重复模拟实验进行持续性研究等方面的突出优点,目前已广泛应用于上颈椎生物力学研究。笔者对近年来有限元技术在上颈椎损伤机制、内固定治疗等方面的生物力学研究进展进行相关综述。
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现实与虚拟互动的骨科生物力学研究方法探讨
目前常用的骨科生物力学实验方法大都利用新鲜人体标本进行力学测试,从而得出实验结果[1].这种实验方法的弊端现在逐渐显现出来.为得到一个令人信服的实验结果,通常要使用大量的人体标本,而现在人体标本来源的紧张限制了生物力学实验的大量开展,于是只能找其它动物的标本来代替人体新鲜标本进行实验,但由于物种差异的存在,在很大程度上影响了实验的准确性;另外在现实中不可能找到大量患有同一种疾病的标本,这样就又限制了对这些疾病的研究;还有由于仪器及技术的限制,现有的生物力学测试方法只能检测到人体标本外部的力学变化,但很难全面揭示标本各部分内在的相互作用机制,对于内部结构的位移及内在的应力变化仅凭病理过程猜测,缺乏客观的实验支持.采用三维图像重建后有限元分析的虚拟仿真实验可以解决这些问题[2].但长期以来虚拟仿真实验在骨科生物力学的应用,存在两大技术障碍:①三维重建后图像的动作跟踪精度不能满足生物力学实验的要求,②有限元分析缺乏强有力的实验支持.实现现实与虚拟互动的仿真实验,可以有效地解决这两个问题.
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人体腰椎有限元建模及内固定的生物力学研究
随着电子计算机的发展,有限元迅速发展成为一种现代计算方法.它是20世纪50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法.1972年,Brekelmans等[1]首次将有限元分析法引入生物力学领域.有限元分析在脊柱结构与功能研究中作用凸显,利用计算机模拟建立腰椎内固定模型,施加边界条件,可明确不同材料和结构的载荷情况.特别是在复杂构件上利用有限元进行应力、应变分析方面效率较高,从而为内固定装置的设计应用提供支持.与其他生物力学研究方法相比,有限元分析法具有实验时间短、费用少、可重复性及力学性能测试全面等突出优点.本文就腰椎内固定有限元模型的研究状况加以概述,并探讨新型内固定装置研制的思路.
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辣椒辣素对脊髓损伤大鼠膀胱排尿功能的影响
脊髓损伤可以造成膀胱排尿功能障碍,称神经源性膀胱功能障碍.骶髓以上的脊髓损伤表现为膀胱逼尿肌亢进、膀胱容量减少、膀胱持续高压、反射性尿失禁.目前,对于神经源性膀胱尚无十分理想的治疗方法,本实验应用尿流动力学研究方法,观察辣椒辣素(Capsaicin,CAP)对脊髓损伤大鼠膀胱排尿功能的影响.