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骶二椎弓根钉内进钉固定拔出力与骶骨应变分布规律的实验研究
目的 研究骶二椎弓根钉固定拔出力与骶骨应变分布规律,为临床骶二椎弓根钉固定术提供生物力学参数.方法 取正常人新鲜尸体骶骨标本,以椎弓根钉内进钉方法固定于骶二椎弓根,于电子万能试验机上进行相应力学测试,并利用动静态电阻应变仪对预先粘贴在四个椎弓根螺栓固定边缘部位和骶骨不同部位的应变片进行测量.结果 得出了椎弓根钉的大拔出力为(514.5±9.4)N,发生在2号钉位置;大应变发生在1号钉,其大应变为(168.5±5.8)×10-6.结论 骶二椎弓根钉内进钉固定应变分布合理,有利于平衡和稳定.
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基于光力学实验方法的生物膜材料性能的研究
为研究细胞培养膜在外力作用下的应变分布,将影栅云纹法应用于培养膜的力学性能测试中,实现对培养膜进行光力学实验研究.实验可得到生物培养膜的离面位移,与相移技术结合能够快速得到培养膜的三维形貌,并利用干涉云纹图得到培养膜的应变分布.应用影栅云纹法,可测量低弹模材料的大变形,较好地解决了大变形力学量的测试问题,不仅对观察附着其上的细胞生长和发育规律有一定的指导意义,而且促进了光力学实验方法在生物工程领域中的应用.
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电测法测量上颌总义齿基托中线区的应变变化规律
目的观察上颌总义齿基托中线区在咬合平衡及非平衡时的应变变化规律.方法采用口外电测应变法,在固定载荷下记录咬合干扰前后义齿基托中线上各点应变值的变化,并进行统计分析.结果咬合平衡及非平衡时小应变值均位于基托中部附近,前部大;非平衡(牙合)时应变值明显大于平衡(牙合)时的应变值.两组数据之间呈高度正相关.结论上颌总义齿基托由前向后应力逐渐减弱,非平衡(牙合)时整个基托应力、应变的重新分布呈不均匀性.
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弹性培养膜力学性能的相移影栅云纹法测试
背景:细胞附着在生物硅胶膜上,在机械顶压作用下,细胞会随着培养膜伸张发生形变,从而可以观察其在不同外力作用下的生长规律,但是,培养膜各部分受力情况如何?目的:用光力学实验方法得出培养膜的离面位移,进而求出生物硅胶膜的应变分布.设计、时间及地点:对比观察实验,于2008-03/08在上海应用技术学院机械与自动化工程学院光测力学实验室完成.材料:将美国道康宁公司生产的医用硅橡胶Q7-4750模压成圆形薄膜,直径为100 mm,厚度为150～160 μm,弹性模量2.14 MPa,泊松比为0.48.方法:运用相移影栅云纹法.光源采用点光源:栅板采用5线/mm的玻璃栅板,夹持在平移相移机构上,相移机构每次手动5刻度,栅板移动0.1 mm,以产牛相移图,CCD摄像机被用来进行采集云纹图,并直接输入电脑,利用专用图像处理软件进行位相计算和位相解包裹,后根据相位与位移关系,将相位转换成位移,可得到三维形貌.主要观察指标:离面位移信息.培养膜的变形量(包括位移和应变).结果:利用采集的云纹图,通过相移方法,对4种球冠加载后的培养膜三维形貌利用图像处理重建,得到了培养膜各点的离面高度,对应于1%,10%,20%,25%的应变量,高点分别为2.28.8.32,12.12,13.52 mm,重建培养膜形貌矢径高与已知球缺矢径高误差3.5%,表明该实验方法精度较高;通过离面高度计算了沿径向由张力引起的应变,其结果呈抛物线型.结论:通过将影栅云纹法应用于细胞培养膜的力学性能测试,得到了培养膜的各个部分的位移分布为等高线分布形式,即培养膜中心部位移大,应变沿培养膜对称轴呈抛物线形.
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一种血管张应力体外加载装置的实验研究
目的 研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布.方法 基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置.利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布.利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算.将实验结果和模拟结果进行比较.结果 有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀.硅胶片中间60％面积区域可视为均匀应变场.结论 研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术.
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PMMA模型股骨与防腐股骨生物力学性能的差异
目的 对比轴向载荷下PMMA模型股骨与防腐股骨的生物力学性能差异,为实验工作者提供较为可靠统一的股骨替代模型.方法 选取PMMA模型股骨和防腐股骨各10根,分别在两种股骨的内外两侧共粘贴49枚应变片,轴向动态连续加载1.2 kN载荷,记录各点应变值及载荷-位移变化情况.结果 两种股骨内外侧的应变变化情况相近,载荷-位移关系均呈线性,不同载荷下两种股骨的轴向位移有统计学差异(P＜0.05)；PMMA模型股骨和防腐股骨的轴向抗压刚度分别为(259.84±24.63)、(600.40±78.56) N/mm,有统计学差异(P＜0.01)；两种股骨在股骨近端的应变集中部位相同,但平均应变值应变片1～5号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(-3 420.63±373.31)、(-1 289.42±417.89)με；26 ～27号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(1 748.67±193.98)、(673.42±104.49) με;7～ 10号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(-4 028.25±267.27)、(-1 139.01±288.83)με；30 ～36号:PMMA模型股骨和防腐股骨分别为(1 599.02±194.68)、(590.52±153.18)με,有统计学差异(P＜0.01).两种股骨在股骨远端的应变集中部位不同,内外应变正负转变的部位相近；2、26号、6、29号、8、33号应变片的应变值均与载荷呈线性关系,但是两者应变值的差异有统计学意义(P＜0.05).结论 PMMA模型股骨在一定程度上可以替代防腐股骨进行股骨中上部的轴向生物力学研究.在股骨获得日益困难的情况下,它为实验工作者提供了较为可靠统一的股骨替代模型.
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经椎间孔腰椎椎间融合术后椎体应变分布特点研究
目的 分析经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)双侧椎弓根螺钉内固定后的节段稳定性和椎体应变分布特点.方法 选用10份小牛脊柱(L3 ～6)标本进行生物力学测试,于L4椎体两侧粘贴电阻应变片.在屈伸、侧弯、旋转方向对标本施加5.0Nm的纯力矩,记录完整模型和TLIF手术固定模型前屈及侧弯运动下的应变数据,同时记录固定节段三维运动数值.结果 固定状态较完整状态显著减少了固定节段的活动范围(P＜0.01).在完整状态和固定状态下,侧弯运动时的椎体前柱皮质应变分布显著高于前屈状态(P＜0.01);在前屈和侧弯运动中,椎弓根螺钉固定后应变较完整状态显著减少43.20％和47.20％ (P＜0.05).在固定状态下,椎体右侧应变分布在前屈运动中高于椎体左侧应变分布(P＜0.05).结论 椎弓根螺钉固定可以实现TLIF模型的即刻稳定性,椎体前柱皮质骨应变分布受内固定影响发生明显改变.
关键词： 腰椎 经椎间孔腰椎椎间融合术 三维运动 应变分布 生物力学 -
微创椎间融合不对称固定的稳定性和椎体应变分布研究
目的：研究腰椎微创经椎间孔椎体间融合术( MI-TLIF)不对称内固定条件下节段稳定性和椎体前柱应变分布特点。方法采用新鲜小牛腰椎标本8例,完成L4~L5节段完整状态测试后建立TLIF手术损伤模型,分别测试右侧椎弓根螺钉固定( UPS)、右侧椎弓根螺钉加对侧经关节突椎弓根螺钉( UPS+TFPS)固定、双侧椎弓根螺钉固定( BPS)状态的三维运动范围( ROM),同时在L4椎体前柱表面用电阻应变片技术测量在前屈和侧弯运动中电阻应变数据。结果 UPS+TFPS和BPS固定状态的稳定性效果接近,UPS固定抗旋转稳定性不足。 UPS+TFPS固定后椎体前柱应变在前屈和侧弯运动下较BPS固定分别增加21.8%和24.2%。结论 UPS+TFPS固定提供有效稳定的同时可以实现更好的椎体-内植物载荷共享。
