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下肢运动信息采集与运动仿真
目的 建立人体下肢3D模型与生物力学模型进行运动学和动力学分析,搭建下肢控制平台为主动式下肢假肢和人体下肢助行器的控制研究提供理论依据.方法 利用VICON人体三维运动捕捉系统采集平地行走人体下肢髋、膝、踝运动信息,以及利用Solidworks建立人体下肢3D模型,进行下肢运动学分析.基于Matlab中Simulink的机械仿真模块(SimMechanics)建立人体下肢模型,进行动力学分析,产生运动信号.基于Quanser半实物仿真平台搭建控制模型,接收SimMechanics产生的运动控制信号,实现对双下肢运动平台的控制.结果 利用运动学分析得到各个关节的速度和加速度信号,利用动力学仿真得到各个关节的力矩信号,对建立的人体双下肢模型进行模拟仿真,通过仿真验证模型的合理性,利用输出的信号对双下肢运动平台进行控制实现平地行走功能.结论 建立的平台可以进行人体下肢运动学、动力学和控制方法的研究,为主动式假肢和人体下肢助行器的控制提供借鉴作用.
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时域有限差分法研究长骨中的超声导波
目的 基于时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法研究长骨弹性模量对超声导波传播特性的影响,为早期骨质疲劳的超声导波检测方法提供理论依据.方法 对长骨进行理论建模,并对不同弹性模量下的长骨模型进行FDTD仿真；通过对仿真数据的分析,计算出不同模式导波的相速度、群速度、中心频率及能量等特性参数.结果 长骨的弹性模量与超声导波的传播特性参数密切相关,各个导波模式的相速度、群速度、中心频率和能量均随弹性模量的减小而减小,其中L(0,5)模式的变化趋势为显著.结论 超声导波的传播特性参量能够反映出长骨弹性模量的变化,进而为长骨早期疲劳诊断提供了一种可能的方法.
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头部前屈运动过程中颈肌特性的研究
目的 分析人体头部前屈运动过程中头颈部肌群活动特性,探索人体头颈部肌肉疲劳原因.方法 基于AnyBody软件建立人体头颈部肌骨模型,以Vicon运动捕捉系统测量数据为输入,对头部前屈运动过程中的肌力进行仿真,并结合文献数据进行分析.结果 颈后肌群在头部前屈运动中起主要作用.在头部前屈45％和75％行程位置肌力分配模式不同.肌力对前屈角位移的积分WM一定程度上反映了肌肉的疲劳特性,其中颈半棘肌和多裂肌在头部前屈运动过程中WM大,容易出现疲劳.结论 本文建立的头颈部肌骨模型可为分析人体运动状态下肌肉分析提供技术平台.
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航天员舱外活动生物力学仿真及验证
目的 目前航天员舱外活动所建的航天员生物力学模型缺乏人体解剖信息,且未见合理的验证方法；本文旨在给出相应解决方法,为航天员舱外活动仿真的进一步应用提供依据.方法 选取典型舱外活动实例,建立带有肌肉作用力的航天员上肢反向运动学、动力学模型并进行仿真计算；利用运动学结果驱动OpenGL软件生成动画,实现运动学验证,进而辅以实物模型完成模型的动力学验证.结果 运动学验证表明计算结果的正确性,动力学验证及仿真所得两块肌肉力结果的平均相对误差分别为14.54％和0.91％.结论 本文建立了合理的航天员上肢模型,并进行了仿真计算；该仿真结果可信,提出的验证方法可行,为航天员舱外活动的生物力学仿真及验证提供支持.
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人体上肢的ADAMS建模及仿真
目的通过对人体上肢生理结构及其运动特征的分析研究,对上肢结构进行适当的简化,建立一个两刚体的运动系统,分析上肢的运动.方法运用ADAMS仿真软件,将上臂和前臂的骨骼简化为两刚体,上臂和躯干间的连结简化为球铰,上臂和前臂间的连结简化为合页铰,肌肉的作用简化为作用于其质心处的力,建立上肢的运动模型,并对旋内外、展收和屈伸三种简单运动进行仿真模拟.结果模型仿真的结果与上肢的实际运动情形相一致.结论使用ADAMS可以很好的建立人体上肢的运动模型,分析人体上肢的运动.
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灌注压变化对左冠脉血流影响的建模和仿真研究
目的通过对左冠状动脉的建模与仿真,对体外反搏提高缺血心肌灌注血流的机理进行研究.方法根据牛顿定律和连续性方程,用电路分析模型来表示冠状动脉的每一小部分.通过每个部分的模拟电路模型对整个左冠状动脉进行建模.以主动脉血压的实测数据作为输入数据,利用Pspice软件进行仿真.结果仿真结果表明在体外反搏的情况下,左冠状动脉分支在舒张期的灌注血流得到了明显提高.结论使用体外反搏的方法改变灌注压可以提高左冠脉血流灌注.
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以电脑三维骨骼肌肉模型作生物力学分析在运动科学及医学上的意义与应用
将生理学、工程分析和计算机三维图像技术结合起来打开了创造"虚拟人"的大门.本文报道了一种具有广泛应用基础且功能齐全的人类肌肉骨骼系统的生理生物力学仿真技术.该仿真技术从结构水平、静态和动态模型的可视化结果上,并综合利用生物力学分析及图形化建模的专业知识来研究骨骼关节和软组织的力学性能,可与人体组织符合的模型包括假体植入物、内固定系统、功能康复锻炼装置,以及一个功能强大的计算平台联合在一起形成一个可在不同边界及加载条件下作静态、动态、动力学、应力及应变分析的应用软件系统及数据库一简称为VIMS(Virtual Interactive Musculoskeletal System虚拟互动的肌肉骨骼系统).在该数据库中,包含长骨的几何形状、尺寸、骨及软组织的材料性能以及骨骼关节肌肉系统的功能活动及受力状况的丰富资料.这些资料与数据可以随时修改、更新和扩展.该应用软件也可让众多的终端用者进行生物力学分析合作与交流.在一个虚拟实验室的环境下,这个模拟软件可作下列具体的应用:1)骨关节系统动力分析;2)肩关节在运动时的负力情形和接触压力的分布;3)日常活动中髋关节接触面及压力的分布;4)负载步态下踝关节接触压力分布与韧带张力负荷状况:5)踝关节损伤和治疗措施的模拟;6)膝关节连续被动运动和计算机辅助增力练习和恢复:以上应用的实例足以证明这仿真技术与数据库在运动科学及医学上独特的效应.这一个精而广的生物力学分析和叮视化的技术可以促进基础研究、改良运动器材精化运动员筛选/训练、增强损伤预防和康复.它对运动医学和科学将会产生不可预料影响.这门先进的技术与其发展的观念将会造福于奥运级运动员和自我强身的一般民众.
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基于不同刚体模型对老年女性步态的仿真研究
目的 比较不同的多刚体模型在模拟老年女性步行过程中的仿真精度,并在优模型的基础上探索行走速度对膝关节负荷的影响.方法 在人体运动仿真软件ADAMS/LifeMOD中分别建立19个环节(M1)、16个环节(M2)和12个环节(M3)的个性化人体模型和地面,并依次进行步态的仿真研究.结果 综合比较3种模型仿真得到的垂直地面反作用力、步行时间和下肢关节角度,M2模型适用于重现步态的实际情况.当老年女性加快步行速度时,垂直地面反作用力峰值、膝关节力矩和功率峰值都得到明显提高.结论 建议老年女性多加强股四头肌的力量锻炼,以改善其步行行为.同时,研究结果在临床上也可为膝骨关节炎患者的康复治疗提供参考依据.
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基于三维动画的战伤救护五项技术教学软件的开发
结合我军卫勤的新特点和新的使命任务,亟需研究为战争或非战争军事行动卫勤保障做准备的救护训练方式.战伤急救五项技术是伤员快速救治的关键技术.
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16层螺旋CT仿真支气管镜与纤维支气管镜对照研究
目的:通过16层螺旋CT仿真支气管镜与纤维支气管镜对照分析,探讨CT仿真支气管镜的临床应用前景.材料和方法:50例正常人群和20例中央型肺癌或主气道炎患者,所有研究对象均接受16层螺旋CT扫描.扫描条件:120kV/250mAs,准直宽20mm,螺距为1:1,扫描方式为16层容积扫描,重建层厚为1.25mm.扫描范围自肺尖至肺底,患者一次屏气完成扫描.其横断面图像转入SUN工作站(ADW4.0)进行三维重建,选用Navigation程序进行仿真支气管镜的研究.结果:16层螺旋CT仿真支气管镜可清晰地显示至第4级亚段支气管内腔,与纤维支气管镜完全吻合.与纤维支气管镜比较,16层螺旋CT仿真支气管镜可100%地显示其表现为管腔闭塞者;对于纤维支气管镜表现为恶性狭窄者,CT仿真支气管镜主要表现为支气管闭塞;而纤维支气管镜表现为乳头或菜花样占位者,16层螺旋CT仿真支气管镜仅20%左右显示为腔内占位.结论:16层螺旋CT仿真支气管镜可良好地显示至亚段一级支气管管腔;但其显示气道腔内占位的分辨率不及纤维支气管镜.临床应用上,16层螺旋CT仿真支气管镜是对纤维支气管镜的重要补充.
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电子束CT(EBCT)仿真支气管镜的实验研究
目的:运用EBCT探索CT仿真支气管镜发现不同大小腔内占位的能力.材料和方法:新鲜离体猪肺标本1具;小土豆块5块.小土豆块用于模拟小的腔内占位.扫描方式为EBCT连续容积扫描,三维重建方式为遮盖表面显示法.结果:3mm层厚扫描的EBCT仿真支气管镜可良好地显示2mm左右以上的气道内占位,显示1.5mm大小的占位时图像失真,对1mm大小的占位没有显示;1.5mm层厚扫描的CT仿真支气管镜可良好地显示1.5mm左右以上的气道内占位,显示1mm大小的占位时图像失真.结论:EBCT仿真支气管镜可显示气道内的较小的占位病灶,其检出小占位病灶的能力有一定的限度,且与扫描层厚密切相关.
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小肠CT仿真内镜诊断黑斑息肉综合征
患者女,20岁,因间断腹痛2月余入院.患者2个月前无诱因出现脐周及下腹部阵发性胀痛,伴腹胀,有排气,2～3 d排便1次,排便后腹胀痛可缓解.无发热、恶心、呕吐及黏液脓血便等.入院体检:口唇、颊黏膜、口周皮肤、双侧手脚掌面可见散在黑褐色色素沉着斑;腹平坦,未见胃肠型及蠕动波;全腹软,脐周及左侧腹压痛,无肌卫及反跳痛;肝脾肋下未及,Murphy征阴性;移动性浊音阴性;肠鸣音正常.入院后行胃镜检查示:胃、十二指肠多发性息肉.病理检查:胃窦炎性息肉,降段肠黏膜炎性息肉.
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软组织形变建模在虚拟手术中的应用进展
虚拟现实(virtual reality,VR)技术通过其独具的沉浸感、交互性以及想象性,在医学领域正发挥着越来越重要的作用.基于VR技术的虚拟手术系统在颅颌面畸形的诊断、治疗及操作培训中能够为手术医师提供身临其境的逼真感,利用该技术可以进行术前设计、术后预测,制定个体化佳治疗方案.在过去几十年内,世界范围内已经开发出基于虚拟现实技术的数个手术模拟系统,涵盖颅颌面整形、眼外科、神经外科、膝关节外科、腹腔镜外科等众多领域.但对于虚拟手术系统的核心—软组织的形变建模,一直是国内外学者研究的难题.本文就基于虚拟现实技术的常用的软组织建模方法的研究进展作一综述.
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谐波的危害和防治及软件仿真
电力系统谐波电压是由很多因素造成的一种污染,在设计和制造上应按相关标准要求进行限制和处理.介绍了谐波的危害及防治的方法,通过软件仿真,模拟用滤波器来治理谐波,并提出一些建议.
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基于Stateflow与排队论的应急医疗救援仿真系统的设计
目的 设计并实现一种应急医疗救援仿真系统,通过模拟不同条件下的救援过程,为优化救援策略与医疗资源配置提供参考.方法 利用Stateflow工具构建包括伤员到达、检伤分类(分为“紧急组”和“非紧急组”两类,记为A类和B类)及救治模块的主模拟单元,然后添加相应的事件及响应函数.在Simulink中建立系统参数输入与特性显示单元,后模拟并分析两种救援策略下的伤员救治过程(策略1:B类伤员进入等待人数少的救治模块等待救治;策略2:B类伤员进入救治模块工作量少的救治模块等待救治).结果 系统能够模拟不同策略的医疗救援过程.两种策略中,A类伤员均能得到及时救治;策略1中B类伤员等待时间短但救治人员工作强度大,策略2中B类伤员等待时间较长但救治人员的工作强度低.结论 通过对实际难以展开的应急医疗救援过程进行模拟,验证了系统的可行性、有效性;不同救援策略在伤员等待时间与救援人员工作强度方面各有优劣,实际救援中指挥人员可将两种策略结合使用,以实现伤员等待时间与救援人员工作强度间的动态平衡.
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基于MedModel的援潜救生医疗队救治流程仿真应用
目的 对救援流程和医学保障组人员分配进行优化,为卫勤保障能力的评估提供新的手段和方法.方法 采用MedModel软件,针对援潜救生医疗队人员组成和工作流程建立救治流程仿真模型,根据5种不同的伤员出水方式进行建模,分别仿真计算出各种出水方式下的平均等待时间.结果 根据所建的伤员出水模型,计算各种出水方式进行平均等待时间并优化医疗资源布局,使伤员的总体等待时间均符合援潜救生医疗队的要求.结论 本模型通过对援潜救生医疗队救治流程和人员配备的优化,节省了医疗资源,缩短了伤员的总体等待时间,为卫勤保障能力的评估提供新的手段和方法.
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羟基磷灰石仿真义眼临床应用
单纯眼球摘除或眼内容剜除术后,常引起上睑板沟凹陷,下睑缘下沉,义眼陷没、不能转动,义眼滑脱等畸形[1].为了矫正这种畸形综合征,恢复眶内容积和义眼运动,国内外专家设计了多种手术方式,虽然植入物不断更新,手术方法不断改进,但仍有植入物被排出、义眼运动不理想或上睑塌陷等并发症发生.我院自1997年至今对20例眼球摘除患者,应用羟基磷灰石仿真义眼治疗,取得了良好效果,现报告如下:
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美国医院的模拟中心
在哈佛大学医学院的一个医学中心,有一个特殊的部门.这里看不到一个病人,却有着病房、手术室、内镜室以及相应的设备,医学生和一些医生经常来到这里.这就是美国医院的模拟中心.这样的医院模拟中心在美国有一百多个.它们的作用是用仿真病人来培训医生的操作技能,提高医疗质量、减少医疗错误.
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仿真外科训练系统在微创外科的应用
目的通过比较计算机模拟仿真训练和传统训练模型的训练效果,对模拟仿真训练的有效性和可行性进行评价.方法17名低年外科医生和24名医学生被随机分成4组,分别受到计算机模拟仿真训练或传统训练模型的训练1 h.在接受训练后,他们将在传统训练模型中接受连续缝合测试30 min,根据完成缝合的数量和准确性来评价被测试者的能力.结果无论接受何种训练,低年外科医生的测试结果都优于医学生,尤其在缝合速度方面.无论低年外科医生还是医学生,接受计算机模拟仿真训练的测试结果优于传统训练.结论计算机模拟仿真训练将可能在腹腔镜外科训练中发挥重要作用.
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应用高仿真实训基地进行心肺复苏四模块教学
有研究表明,院内患者心脏骤停发生时大部分是护士首先发现的[1].因此,患者的生存机会与护士能否早期施行有效的心肺复苏(CPR)密切相关.为了提高学生CPR操作技能和实际应用能力,探索以医院真实工作任务引领完成相关理论和实训的教学方法,培养学生的临床思维和职业能力,在我校护理专业的CPR教学中,应用高仿真实训基地进行心肺复苏四模块教学,取得了显著的效果.资料与方法1.研究对象 本校2010届普通专科班学生106人,随机均分为实验组(A组)和对照组(B组).
