摘要：目的有限元分析已广泛应用于个性化椎间融合器生物力学的评价和优化。针对有限元建模过程中存在的耗时长、计算要求高、参数选择依赖主观经验的问题,本文研究有限元建模因素对仿真结果的影响,为提高个性化椎间融合器生物力学评价中有限元建模效率提供科学依据。方法以L3、L4节段腰椎融合器设计与优化为例,选择韧带模拟方式、模型网格大小、椎体皮质骨厚度、椎体松质骨材料赋值、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式六种不同建模因素作为分析对象,根据相关文献中对不同因素的处理方法,采用正交实验设计建立18个有限元模型,比较不同因素对计算结果影响。结果采用融合器上的最大von Mises应力为分析指标时,韧带模拟方法、椎体小关节摩擦系数、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;采用椎间融合器最大沉降位移为分析指标时,韧带模拟方式、融合器与椎体连接方式对计算结果有显著影响;在满足一定条件下,网格大小、皮质骨厚度、松质骨材料属性对上述两种指标的影响不显著。结论在本文所研究的腰椎融合器有限元建模的6个因素中,韧带的模拟类型、椎体小关节间摩擦系数、融合器与椎体连接方式是需要重点考虑的因素。本文提出的基于正交实验设计的评价建模因素影响的方法,可以为个性化植人介人器械有限元建模过程的参数优化选择提供参考。

摘要：目的分析大腿截肢患者的硅胶套材料属性,对支撑期残肢与接受腔之间接触面的力学分布的影响,为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供参考。方法利用计算机断层扫描技术获取大腿截肢患者残端与接受腔的断层图像,通过影像学信息和工程学方法,分别获取接受腔、硅胶套、残肢、骨骼等结构的三维模型;根据角度变化调整模型,获得初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期、摆动前期5个时相的组装模型;根据三维动作捕捉系统Motion和K istler三维测力平台测得的地面反作用力及髋关节角度变化的结果,对5个时相下大腿假肢模型分别进行有限元非线性接触分析;在此基础上,模拟分析了硅胶套不同弹性模量的变化对残肢表面等效应力以及剪切应力分布的影响。结果穿戴不同弹性模量的硅胶套时,残肢所受最大等效应力以及最大剪切应力在初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期时相时出现在残肢内侧和接受腔口型边缘对应的残肢位置,在摆动前期时相时则出现在残肢内侧、接受腔口型边缘对应的残肢位置和坐骨周围等位置。当硅胶套弹性模量在0.98~2.70 MPa范围内变化时,在摆动前期残肢所受等效应力变化范围为13.85~23.55 kPa,最大剪切应力变化范围为7.82~13.46 kPa,而其他时相基本一致。结论硅胶套的力学特性影响大腿假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布,摆动前期残肢所受最大等效应力与最大剪切应力随硅胶套弹性模量变化大,在实际适配过程中需注意。

摘要：目的优化设计生物气溶胶监测仪的测量腔结构,增强测量腔结构对样本流的约束能力,从而提高生物气溶胶监测仪的检测精度。方法根据生物气溶胶监测仪测量腔各部件的结构特点,针对测量腔喷嘴喷口的形状(圆、扁),出口针的长短(22mm、34mm),出口流量(1L/min、2L/min、2.83L/min、5L/min、10L/min)设计了几组不同部件的参数,并类比流式细胞仪技术中的三维液力聚焦,引人鞘气聚焦结构,设计了四组鞘流与样本流的速度(v=9m/v鞘=3m/s;v样=9m/v鞘=4.5m/s;v样=9m/s,v=1.4m/S;v=9mA,v=0)。使用Solid Works软件对生物气溶胶监测仪测量腔进行设计。基于ANSYS的ICEM与Fluent软件,对测量腔内样本流与鞘流的分布情况进行仿真,对比分析生物气溶胶监测仪在不同情况下腔室内的鞘流与样本流的流动情况与收束段二者的收束情况。结果在v=9m/s,v=1.4m/s,使用圆喷嘴、长出口针,出口流量为2.83L/min时,测量腔对样本流的收束效果最好。结论鞘气结构、喷嘴形状、出口针长短、出口流量大小4种因素均对检测精度有显著性影响,优化后的鞘气聚焦结构能够有效提高生物气溶胶监测仪的检测精度,为该类装置的性能优化提供了理论依据。

摘要：目的能量消耗是衡量运动负荷最直接的指标。本文的研究目的是利用脉搏波波形来衡量运动负荷,从而为基于可穿戴设备的运动负荷评价技术提供基础。方法招募32名年龄为18~60岁的正常人作为受试者,采用指夹式光电容积脉搏波传感器对受试者的脉搏波进行采集,使用K4b2心肺功能测试仪获取的能量消耗作为金标准进行功率自行车实验,从而获得脉搏波波形特征与能量消耗之间的关系。结果在静息状态下,脉搏波周期、主波峰值、脉搏波面积的数值较为稳定;而在功率车运动状态下,脉搏波波形周期平均值、主波峰值、脉搏波面积的平均值变小,三者标准差则增大。实验结果表明,脉搏波波形幅值对时间的积分J与能量消耗￡在静止、功率车运动状态下皆呈线性关系,两者拟合直线的斜率之比为常数。结论使用光电容积脉搏波波形对运动负荷进行评估是可行的。利用脉搏波波形特征,可以较为准确地拟合出运动中的能量消耗,从而评价运动负荷。