腰椎-椎弓根螺钉固定系统的建模与有限元分析 被引量：2

1

作者 肖智韬 宫赫 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第S1期136-137,共2页

关键词 有限元分析 胸腰椎爆裂性骨折 椎弓根螺钉固定 邻近节段 内固定手术 装配螺钉 三维重建 椎间盘退变 验证模型 分析结果

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不同月龄豚鼠股骨近端形态及力学性能改变的实验研究

2

作者 高甲子 宫赫 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期65-65,共1页

目的骨关节炎是以关节退化为特点的一种退行性骨疾病,主要累计负重关节,引发疼痛甚至致残。髋关节是人体最大的关节,髋关节炎的发生和发展严重影响老年人的生活质量,带来巨大的社会负担和经济负担。股骨近端软骨及软骨下骨形态和力学性... 目的骨关节炎是以关节退化为特点的一种退行性骨疾病,主要累计负重关节,引发疼痛甚至致残。髋关节是人体最大的关节,髋关节炎的发生和发展严重影响老年人的生活质量,带来巨大的社会负担和经济负担。股骨近端软骨及软骨下骨形态和力学性能的研究能够为探讨髋关节炎的发生和发展机制以及临床预防关节炎的发生提供理论依据,具备重要临床意义。方法选取1、3、6、9月龄Dunkin豚鼠32只,每月龄8只,过麻处死,取其双侧股骨近端,分别进行关节面软骨的微米压痕实验,股骨近端Micro-CT扫描以及股骨头番红0/固绿染色。从软骨和软骨下骨结构形态以及软骨力学性能等方面探讨不同月龄豚鼠髋关节的退变过程。结果 Micro-CT结果显示,1、3、6月龄对比可观测到随着豚鼠月龄的增加,软骨下皮质骨厚度,软骨下松质骨骨密度、骨体积分数、骨小梁厚度均发生显著提高,同时结构模型指数显著降低,6月龄开始,可明显观测到豚鼠股骨头生长板闭合;6月龄与9月龄组对比,未观测到股骨近端显微结构参数发生显著改变。番红0/固绿结果显示,股骨头软骨在1月龄和3月龄时软骨细胞排列整齐,软骨表面光滑,没有明显退变迹象;6月龄组可观测到明显的弥漫性细胞增加;软骨表面退变最早发生在9月龄豚鼠股骨头内侧。软骨压痕实验研究显示,随着月龄增加,刚度呈下降趋势,蠕变性能未观测到显著差异。结论豚鼠自发性质髋关节退变最早发生在6月龄,以软骨细胞改变为特点,但尚未观测到软骨下骨的显著改变。本研究针对不同月龄豚鼠股骨近端的形态和力学性能开展研究,获得了不同月龄豚鼠股骨近端软骨力学性能,以及软骨和软骨下骨微观结构,为退变型骨疾病的深入研究提供了一定的理论依据。 展开更多

关键词 股骨近端 不同月龄 髋关节炎 力学性能

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4种不同类型颌间牵引对颞下颌关节应力分布影响的三维有限元研究 被引量：14

3

作者 胡敏 相亚宁 +2 位作者 李洪 郭克峰 王芳 《华西口腔医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期145-148,共4页

目的分析4种不同类型的颌间牵引(颌间Ⅱ类长牵、颌间Ⅱ类短牵、颌间Ⅲ类长牵、颌间Ⅲ类短牵)情况下髁突和关节盘的应力分布和位移变化。方法采用螺旋CT扫描,Mimics、Ansys多种软件相结合的方法,建立包括颞下颌关节(TMJ)和上下颌骨及牙列... 目的分析4种不同类型的颌间牵引(颌间Ⅱ类长牵、颌间Ⅱ类短牵、颌间Ⅲ类长牵、颌间Ⅲ类短牵)情况下髁突和关节盘的应力分布和位移变化。方法采用螺旋CT扫描,Mimics、Ansys多种软件相结合的方法,建立包括颞下颌关节(TMJ)和上下颌骨及牙列的MBT直丝弓矫治器的左侧颅面骨三维有限元模型,模拟临床4种颌间牵引对该三维有限元模型进行分析。结果获得了4种颌间牵引情况下髁突和关节盘的应力分布和位移变化。工况一和二作用下髁突的应力分布规律相似,即髁突前斜面为压应力集中区,后斜面则主要为拉应力。工况三和四作用下髁突应力分布规律也很相似,髁突前斜面主要存在拉应力,后斜面则主要存在压应力。工况一和二作用下髁突的位移总体是向前向下移动,同时顺时针旋转;工况三和四作用下髁突的位移总体是向后向上移动,并逆时针旋转。结论颌间Ⅱ类长牵和短牵及Ⅲ类长牵和短牵应力分布规律相似,相同力值牵引时短牵的力量柔和。颌间Ⅱ类牵引总体位移向前下,髁突发生顺时针旋转;Ⅲ类牵引时总体位移向后上,髁突发生逆时针旋转。 展开更多

关键词 三维有限元 颞下颌关节 颌间牵引

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柴油机振动信号盲分离组合算法 被引量：6

4

作者 韩春杨 姚国凤 +2 位作者 赵建 张修路 盛鑫 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期44-47,52,共5页

由于机械系统的振动信号能有效反映系统特征,对其进行盲解卷积能提供由混合信号中分离出源信号的可能性,为此提出机械系统振动卷积模型;将多通道盲最小均方差与缩减盲源方法结合提出MBLMS-TDS组合算法,且利用该算法对卷积混合信号进行... 由于机械系统的振动信号能有效反映系统特征,对其进行盲解卷积能提供由混合信号中分离出源信号的可能性,为此提出机械系统振动卷积模型;将多通道盲最小均方差与缩减盲源方法结合提出MBLMS-TDS组合算法,且利用该算法对卷积混合信号进行盲解卷积验证算法的合理性;用该算法对柴油机表面混合振动信号进行分离,获得活塞撞击缸体信号与柴油机燃烧信号。 展开更多

关键词 盲源分离 卷积模型 MBLMS-TDS算法 柴油机

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多载荷下带有生理限定应力的松质骨细观结构模拟 被引量：5

5

作者 朱兴华 张春秋 郭同彤 《中国生物医学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期51-59,共9页

松质骨是骨的重要组成部分 ,属多胞体结构 ,由于构成松质骨的小梁骨尺寸较小、形状多变 ,因此给松质骨的研究增加了困难。本文把负反馈调节的生理特征引入骨再造模拟中 ,提出带有生理限定应力的骨再造自适应模型。模型具有骨再造局部适... 松质骨是骨的重要组成部分 ,属多胞体结构 ,由于构成松质骨的小梁骨尺寸较小、形状多变 ,因此给松质骨的研究增加了困难。本文把负反馈调节的生理特征引入骨再造模拟中 ,提出带有生理限定应力的骨再造自适应模型。模型具有骨再造局部适应的正反馈调节与整体控制的负反馈调节的生理调整过程 ,使骨结构内的应力控制在生理限定应力以下 ,维持骨力学环境的稳定。使用此模型在几种不同的力学环境下模拟了松质骨结构 ,定量地预测了松质骨细观结构与其力学环境的对应关系 ,同时表明了松质骨细观结构与力学环境的适应性。模拟结果与真实松质骨细观结构的典型部分相一致。 展开更多

关键词 有限元 自适应 模拟 生理限定应力 松质骨细观结构 负反馈

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前交叉韧带粘弹性特性的实验研究 被引量：6

6

作者 张远鹰 王雪晖 +4 位作者 应洪亮 马洪顺 吕艳华 柏涛 高中昌 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期260-264,共5页

目的探讨前交叉韧带的力学性能和粘弹性行为与时间的变化规律,为研究人工韧带提供生物力学参数。方法对正常国人新鲜尸体膝关节前交叉韧带进行系统的拉伸、应力松驰、蠕变实验,得出最大载荷、强度极限、最大应变、弹性模量等;还得出了... 目的探讨前交叉韧带的力学性能和粘弹性行为与时间的变化规律,为研究人工韧带提供生物力学参数。方法对正常国人新鲜尸体膝关节前交叉韧带进行系统的拉伸、应力松驰、蠕变实验,得出最大载荷、强度极限、最大应变、弹性模量等;还得出了应力松驰、蠕变实验数据和曲线,归一化应力松驰函数、蠕变函数数据和曲线,并得到7200s时的蠕变量和应力松驰量。结果①前交叉韧带在实验中表现出典型的松弛、蠕变现象,说明其粘弹性性质在膝关节运动中起着重要的缓冲作用。②最初600s时应力应变的变化幅度较大,之后应力缓慢下降,应变缓慢上升,前交叉韧带7200s时应力松弛量1.05Mp,蠕变量为6.82%。结论前交叉韧带具有良好的粘弹性力学性质,其粘弹性力学行为是为了适应其所在解剖部位的功能需要。 展开更多

关键词 前交叉韧带 拉伸 应力松弛 蠕变 粘弹性

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骨功能适应性数值模拟的若干进展 被引量：4

7

作者 王超 张春秋 +1 位作者 董心 刘海英 《医用生物力学》 CAS CSCD 2008年第5期399-404,共6页

骨能够响应外部力学载荷,在特定位置生成或吸收骨组织不但可以提高骨的力学功能效率,而且还能及时修复日常载荷下骨内产生的微裂纹,以防止骨折并延长骨骼寿命,这称为骨功能适应性。与传统实验研究方法相比,计算机数值模拟具有可控性、... 骨能够响应外部力学载荷,在特定位置生成或吸收骨组织不但可以提高骨的力学功能效率,而且还能及时修复日常载荷下骨内产生的微裂纹,以防止骨折并延长骨骼寿命,这称为骨功能适应性。与传统实验研究方法相比,计算机数值模拟具有可控性、可行性和可预测性等优势。鉴于骨功能适应性机制研究有重要的力学生物学理论意义和骨科临床的实用价值,本文对近年来国内外骨功能适应性数值模拟的新进展作一综述。 展开更多

关键词 骨重建 损伤-修复 有限元法 计算机模拟

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载荷下降形式对妇女绝经后骨质疏松模拟结果的影响 被引量：1

8

作者 朱兴华 马宗民 朱伟民 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2004年第3期151-156,共6页

目的　数值模拟妇女绝经后的骨质疏松 ,研究载荷下降形式对妇女绝经后骨质疏松模拟结果的影响。方法根据骨重建的力学调控和各向异性理论 ,结合有限元方法 ,构建绝经后骨质疏松症的数学模型。结果　妇女绝经后 ,由于肌肉力量的降低和活... 目的　数值模拟妇女绝经后的骨质疏松 ,研究载荷下降形式对妇女绝经后骨质疏松模拟结果的影响。方法根据骨重建的力学调控和各向异性理论 ,结合有限元方法 ,构建绝经后骨质疏松症的数学模型。结果　妇女绝经后 ,由于肌肉力量的降低和活动量的减少而导致外载荷下降 2 0 %时 ,骨量相对于妇女绝经前丢失 2 5 %以上 ,产生骨质疏松。结论　生物学因素和力学因素共同作用的效果导致妇女绝经后的骨质疏松 。 展开更多

关键词 骨质疏松 绝经 载荷下降形式 骨重建 数值模拟

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砌体等效断裂韧度的实用解析方法研究 被引量：1

9

作者 李妍 孟广伟 尹新生 《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2009年第6期880-888,共9页

根据砌体准脆性材料的断裂特性,提出了一种基于竖向灰缝模型的求解砌体等效断裂韧度的实用解析方法.首先根据复合材料力学和线弹性断裂力学的基本原理,运用修正的剪滞理论,分区引入变异层,建立了分层剪滞模型;然后根据能量法则,推导出... 根据砌体准脆性材料的断裂特性,提出了一种基于竖向灰缝模型的求解砌体等效断裂韧度的实用解析方法.首先根据复合材料力学和线弹性断裂力学的基本原理,运用修正的剪滞理论,分区引入变异层,建立了分层剪滞模型;然后根据能量法则,推导出了求解无筋砌体等效断裂韧度的解析计算模式;最后针对相关试验数据,得到了对应数值解的解析解,且与相关试验对应的数值解相比,解析解的均方差和变异系数更小,由此可以看出,本文的解析方法具有很好的鲁棒性.结果还证明了无筋砌体等效断裂韧度是与试件尺寸无关的断裂参数.该方法为砌体结构开裂机理的研究和发展,砌体结构力学性能的研究提供了新的技术路径. 展开更多

关键词 复合材料力学 断裂力学 砌体 等效断裂韧度 剪滞理论 解析解

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基于临床QCT影像的机器学习方法预测骨强度 被引量：1

10

作者 宫赫 张萌 樊瑜波 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期30-30,共1页

当今人口老龄化现象日益显著,骨质疏松、骨质增生等骨退变疾病是中老年群体的常见病、多发病。2018年10月国家卫健委发布的调查结果显示,我国65岁以上人群骨质疏松症患病率高达32.0%;50岁以上人群低骨量率为46.4%。骨质疏松最严重的后... 当今人口老龄化现象日益显著,骨质疏松、骨质增生等骨退变疾病是中老年群体的常见病、多发病。2018年10月国家卫健委发布的调查结果显示,我国65岁以上人群骨质疏松症患病率高达32.0%;50岁以上人群低骨量率为46.4%。骨质疏松最严重的后果是骨折。骨折的原因是骨的强度/刚度降低,不足以承担外部载荷。临床上常用的评价骨强度的方法是双能X线骨密度仪测量骨密度,然而,测量得到的是二维面积密度,不能准确反映骨强度和相应的骨折风险。骨是具有多层次结构的活的组织,其整体强度由骨的几何形态(包括宏观形态,即宏观形状和大小等,和内部骨小梁结构的排列)和骨材料/骨质的强度(包括矿化程度、胶原特性、显微损伤情况等)决定。基于临床医学影像的生物力学建模仿真方法(又称生物力学CT),是当今技术上最先进的无创评价骨强度的方法。然而,这种生物力学建模仿真方法对于力学要求高,临床医学工作者不容易掌握。因此,迫切需要建立起更为简单方便操作的基于临床医学影像评价骨强度和骨折风险的方法。本研究建立了基于临床QCT影像的机器学习模型,首先根据临床QCT影像建立个体化非线性有限元模型(QCT/FEA)预测骨强度,作为机器学习模型的输出,然后选取临床QCT影像中可以提取的与骨强度高度相关的信息作为输入,并采用参数筛选和参数降维的方法对输入参数进行处理,机器学习模型采用广义回归神经网络(GRNN)和支持向量机(SVM)。具体流程如下:(1)建立基于临床QCT影像的非线性有限元模型计算骨强度:QCT扫描获得骨影像,在Mimics软件里建立三维几何模型,并生成体网格,赋予横观各向同性、非均匀、弹塑性材料属性,在ABAQUS软件中施加载荷和边界条件,给出合适的失效准则,进行非线性显微有限元分析,计算得到骨强度,作为机器学习模型的输出量。(2)机器学习模型的输入量:包括松质骨的材料分布(灰度分布在1、2、5、8、10、15、20、25、30、40、45、50、60、70和75%位点处的灰度值)、骨内区域灰度值(整体、皮质骨和松质骨分区域灰度值)、以及综合特征参数。利用训练集内骨结构的输入量和非线性有限元分析计算的骨强度作为输出量,建立广义回归神经网络和支持向量机两种机器学习模型,并用测试集内骨结构的输入量预测骨强度,用QCT/FEA计算的骨强度来验证机器学习模型的预测效果。即将测试集样本的QCT/FEA计算强度和机器学习模型预测强度绘制Bland-Altman图,分析QCT/FEA模型和机器学习模型所预测椎体强度之间的差异。结果表明,用参数筛选方法和参数降维方法获得一些参数的组合,两种机器学习模型对于骨强度的预测效果很好,且无显著性差异。为了验证训练好的机器学习模型对新样本强度的预测能力,从社区医院随机选取志愿者的QCT影像,运用QCT/FEA计算骨强度,机器学习模型预测骨强度,从相对误差可见机器学习模型预测骨强度准确性较高(相对误差小于8%)。本研究表明,采用基于临床QCT影像的机器学习模型可以有效地预测骨强度,为个体化骨折风险的评估提供了理论方法,便于临床制定相关治疗和干预策略。基于QCT影像预测骨强度不仅可以保证精度,而且对医护人员的操作技术要求较低,因此该方法具有广阔的应用前景。机器学习模型在股骨、脊柱、桡骨和胫骨等部位的强度预测、骨折风险评估方面具有很大的应用潜力。 展开更多

关键词 骨强度 QCT 机器学习模型 机器学习方法

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基于损伤修复理论的各向异性骨再造自我组织控制模型

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作者 朱兴华 马宗民 《中国生物医学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期554-561,共8页

Wolff定律指出 :骨能够响应力学激励来改变其表观密度和骨小梁分布的方向 ,表明骨再造是各项异性行为。本研究基于各项异性损伤修复理论并结合自我组织控制模型 ,提出更符合骨再造实际生理行为的基于损伤修复理论的各向异性自我组织控... Wolff定律指出 :骨能够响应力学激励来改变其表观密度和骨小梁分布的方向 ,表明骨再造是各项异性行为。本研究基于各项异性损伤修复理论并结合自我组织控制模型 ,提出更符合骨再造实际生理行为的基于损伤修复理论的各向异性自我组织控制骨再造模型 ,并以股骨近端为例进行了模拟 ,得到的结果在密度分布与主应力迹线分布上和实际都非常一致。 展开更多

关键词 损伤修复理论 自我组织控制模型 各向异性 骨再造

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髋臼力和肌肉力对股骨有限元分析结果的影响 被引量：5

12

作者 仲照明 宫赫 +1 位作者 肖智韬 董心 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期303-308,共6页

建立基于CT影像的股骨有限元模型,研究髋臼力和各个肌肉力对有限元分析结果的影响.对于完整股骨模型(模型I),施加髋臼力和各种肌肉力并计算.对于股骨近端模型(模型II),施加相同大小不同作用面积的髋臼力并计算.通过对计算结果的分析表明... 建立基于CT影像的股骨有限元模型,研究髋臼力和各个肌肉力对有限元分析结果的影响.对于完整股骨模型(模型I),施加髋臼力和各种肌肉力并计算.对于股骨近端模型(模型II),施加相同大小不同作用面积的髋臼力并计算.通过对计算结果的分析表明,臀中肌肌肉力对股骨内应力分布影响最大;髋臼力的作用面积越大,模型各单元应力越小,施加载荷位置的单元此趋势尤为明显.可以为大量个体化有限元计算预测股骨强度提供载荷简化的主要依据. 展开更多

关键词 CT影像 股骨模型 有限元分析 髋臼力 肌肉力

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股骨近端结构功能适应性的模拟预测 被引量：3

13

作者 孔令燕 李洪 +1 位作者 宫赫 张国红 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期299-302,共4页

骨具有适应力学需要的能力,即功能适应性.股骨近端结构的功能适应性是一个研究热点问题.本文的目的是利用骨的功能适应性理论和有限元法相结合,来模拟股骨近端的内部组织结构,进行骨重建模拟预测.我们建立了基于ANSYS软件二次开发的骨... 骨具有适应力学需要的能力,即功能适应性.股骨近端结构的功能适应性是一个研究热点问题.本文的目的是利用骨的功能适应性理论和有限元法相结合,来模拟股骨近端的内部组织结构,进行骨重建模拟预测.我们建立了基于ANSYS软件二次开发的骨重建过程模拟计算平台.通过仿真分析,迭代200步得到重建稳定后近端股骨的密度分布,模拟的近端股骨的结构与真实非常吻合.对于整个模拟过程,有许多影响结果的参数,这些参数的力学和生理意义有待进一步研究.本研究是进一步研究人工股骨头假体植入后股骨重建行为的基础. 展开更多

关键词 骨重建 功能适应性 骨自优化理论 有限元 模拟 股骨

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Spee曲线改变对颞下颌关节应力分布影响的三维有限元分析 被引量：2

14

作者 张钰 朱伟民 +1 位作者 吕林蔚 王景云 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 2009年第S1期110-111,共2页

关键词 颞下颌关节 曲线 关节盘 有限元模型 三维有限元分析 下颌骨 应力分布 髁突 改变 牙列

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