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基于生物力学的舱外服对人体上肢施力能力影响预测
目的 探索生物力学建模方法在人-舱外服作业系统工效分析中的应用,量化舱外服对人体上肢施力能力的影响.方法 通过开展着常服和着舱外服两种工况下的大施力能力实验,采集了9名受试者在8种出舱活动典型功能操作中的大力,进而采集了9名受试者的肩关节前屈/后伸/内收/外展和肘关节弯曲/伸展的等长大自主收缩力矩作为单关节力量限制;根据人体运动生物力学模型和人-舱外服耦合运动生物力学模型预测两种工况下,不同功能操作的肩关节力矩和肘关节力矩随手部操作力的变化规律,进而根据每个受试者的单关节力量限制预测两种工况下的功能操作大力;对比预测力量和实测力量,验证模型预测结果的正确性.结果 两种工况下预测力量和实测力量果具有很高的一致性,模型预测的着舱外服人体不同位置施力能力下降规律与实际测量一致,但预测的下降率小于实测下降率.结论 本研究建立的人-舱外服生物力学建模方法和基于单关节力量限制的施力能力预测原理,能在一定程度上预测不同操作位置舱外服对人体上肢施力能力的影响,拓展了人-舱外服作业系统工效分析方法.
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覆膜支架治疗主动脉夹层的有限元分析
目的 利用有限元方法模拟覆膜支架植入治疗主动脉夹层的过程,通过观察覆膜支架在血管不同位置处释放对血管壁上的应力分布情况,分析覆膜支架植入后血管出现新发破口的生物力学机制.方法 根据主动脉的计算机断层血管造影影像数据,进行图像分割和三维重建,建立具有病人特异性的主动脉夹层的三维几何模型;根据文献数据,给定主动脉夹层壁厚和材料属性;利用CAD软件设计出不同几何参数的覆膜支架环;利用有限元分析软件模拟覆膜支架的释放过程.结果 当覆膜支架处于稳定状态时,血管大Von Mises应力与覆膜支架的释放位置有关;血管壁上的大Von Mises应力点分布在裸支架及第1节细小镍钛合金环接触处,该作用力的长期存在可能是这个部位出现新发破口的原因.结论 覆膜支架的释放位置对主动脉上的大Von Mises应力分布影响较弱,但对主动脉上的Von Mises应力影响较为明显.研究结果对临床上覆膜支架释放位置的选择具有指导意义.
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健康鼻骨受力的生物力学建模和有限元分析
目的 建立成年人健康鼻骨相关生物力学模型,对鼻骨结构受力情况进行有限元分析,获得应力、应变等数据,利用统计分析揭示鼻骨的静力学应力分布特点.方法 采用64排螺旋CT扫描获得影像数据;通过三维重建和图像处理获得鼻骨的三维几何模型;利用有限元分析软件建立鼻骨受力的生物力学模型并进行力学分析.结果 通过对6例鼻骨受力的情况的有限元分析,发现当外力作用于鼻骨下端时,作用力与矢状面所成角度越大则大应变越大,同时大主应力逐渐增大;当角度接近60°时,随着角度的增加,大主应力反而减小.结论 当作用力与矢状面的夹角接近60°时,弹性模量较大的鼻骨容易发生骨折;当在角度接近90°时,弹性模量较小的鼻骨才能发生骨折.应用医学图像重建和有限元分析软件相结合的方法,可以帮助临床定量分析成人鼻骨结构的力学性质,为骨折患者矫形提供帮助.
