生物力学测量与传统测量的比较

背景:生物力学的不断发展使生物力学测量技术也逐渐独立于传统测量方法,在生物力学各个领域都有与传统测量不同的性质与应用。目的:综述国内外关于生物力学测量的最新研究以及与传统测量的比较研究。方法:应用计算机检索Science Direct数据库、Ei数据库1960-01/2009-10期间的相关文章,检索词为"biomechanics measurement",并限定文章语言种类为English。同时计算机检索中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库等1994-01/2009-10期间的相关文章,检索词为"生物力学测量",并限定文章语言种类为中文。此外还手工查阅相关专著数部。纳入生物力学测量、运动生物力学、生物力学的发展状况、运动生物力学测量方法的研究。结果与结论:在对比生物力学测量方法与传统测量方法的基础上,各自分析了两者的突出特点,并进行了差异性的研究。生物力学测量技术具有主动性、实时性以及局限性等不同的特点。生物力学的测试过程很多与医学、生物学密切相关,并提出传统测量、测试有利因素为生物力学各个数据的测量工作提供了借鉴意义,为更好地进行生物力学的研究工作提供了理论指导。

软组织压弹性模量力学测量装置的设计

软组织弹性模量测量难度主要体现在其位移无法精确获取,夹具是一个难题(对于拉应力而言),以及软组织的尺寸切割不精确。文中通过多种模具切割软组织,利用步进电机驱动偏心轮旋转,压迫组织产生形变,通过距离传感器记录组织产生的形变,再用压力传感器记录组织的受力情况,计算机采集并存储相应数据,经过模拟计算出组织的弹性参数。本文设计着重于组织的形变量的精确获取以及应力的精确获取。

热振动在纳米力学测量中的应用

基于能量均分定理和悬臂梁理论,分析讨论了微悬臂梁进行热振动的物理模型。通过三个实例,介绍了热振动在纳米力学测量中的应用,其中重点阐述了单根纳米晶须的杨氏模量的热振动定量测量方法。

光力学测量与光测条纹图处理

论述了利用光学测量法求解应力、应变及其他力学量的优点。在叙述利用光测法所得到的图象进行力学量计算时，提出了使用这种方法所存在的两个不足之处。针对这两个不足之处，阐述了目前国内外同类研究的发展现状，引出了利用计算机数学图象处理技术处理条纹图的思路。

生物力学测量系统测量软骨损伤后滑膜关节的摩擦性能

背景:骨性关节炎会导致关节摩擦因数及性能的改变,目前尚没有一种方法能够全面客观的评价及测量关节的摩擦性能。目的:应用生物力学测量系统观察不同压力条件下关节摩擦性能的变化,及软骨缺损出现时关节摩擦因数的变化。方法:将羊腕关节固定在生物力学测量系统上,以垂直关节面方向给关节施加100,200,400,800N的压力,左右5°旋转关节测出平均旋转扭矩及关节摩擦因数。然后在关节面上制作面积为16mm2的软骨缺损区,测试在100,200,400,800N压力下的平均扭矩及关节摩擦因数。结果与结论:当无软骨缺损时,羊腕关节在4种压力状态下的旋转扭矩大小分别为:0.0217,0.0317,0.0630,0.1450Nm,关节摩擦因数(μ)分别为:0.0067,0.0073,0.0120和0.0145;而在软骨缺损时,4种压力状态下的旋转扭矩大小分别为:0.0270,0.0417,0.0806,0.1724Nm,关节摩擦因数(μ)分别为:0.0086,0.0097,0.0137和0.0164。可见,随着压力的增加,旋转扭矩和关节摩擦因数逐渐增大(P<0.05),且关节软骨缺损会导致关节旋转扭矩和关节摩擦因数的增大(P<0.05)。同时关节旋转扭矩与关节摩擦因数明显正相关。

纳米力学测量系统的载荷与位移溯源校准方法研究

对纳米力学测量系统在准静态压人模式下的载荷因子、位移因子的量值溯源校准方法进行了研究。通过一组标准砝码产生标准载荷，拟合标准砝码质量和传感器输出电压得到载荷因子；利用激光干涉仪测量压针位移，拟合干涉仪位移值和传感器输出电压得到位移因子。采用标准样品对校准结果进行了试验验证，校准后的纳米力学测量系统在国际比对测量中取得了良好结果。

原位力学测量仪测试参数修正算法

从试件夹持变形、机体加载变形和同轴度三方面分析各个因素对拉伸测试结果参数的影响量,以试件夹持变形和机体加载变形的修正理论建立了整体的修正算法公式,求出了算法公式的修正系数值。使用典型材料进行拉伸力学试验,经算法修正后得到材料的弹性模量值,与标准试样相差均在5%范围以内,验证了本修正算法的合理性和可靠性。本研究为其它相似结构的测量仪器建立修正算法公式提供了可参考的方法。

用于生物力学测量的新型电容式三维力传感器

针对生物力学测量的应用需求,考虑到电容型传感器温度特性好、功耗低等特点,研制了一种新型电容式三维力传感器。该传感器基于一种新颖的弹性体结构,以聚氨酯泡沫作为介质构成了3组电容,使得传感器能够同时感知3个维度的输入力分量并转化为3个通道的电容变化,利用ANSYS有限元分析确定了传感器的尺寸,使其各维度的量程达到±200 N,安全过载大于150%。设计了由电容采集模块和信号处理模块组成的测量系统,嵌入传感器内部,一体化的设计实现了测量数据的实时解算和输出。此外,针对电容式传感器存在的迟滞效应和维间耦合干扰问题,建立了迟滞补偿与解耦模型。通过实验验证,该传感器的Ⅰ类误差低于2.8%,Ⅱ类误差低于4.6%。

凝聚相瞬态吸收光谱及动力学测量装置

本文报道最近研制和建立的凝聚相瞬态吸收光谱及动力学测量的装置，其特点是以低能量，波长可调（４μｍ～２００ｎｍ）的激光器做为激励光源，实时地跟踪和检测激光诱导的瞬态产物的吸收谱及其动力学行为．

比率测量及数字化校准技术在力学测量中的应用

本文介绍了一种低成本、高性能显示仪表，它利用了比率测量和全数字化校准技术。该种仪表可广泛地应用于以传感器为核心的对不同物理量进行精确的测量。

贺西煤矿巷道围岩地质力学测量与分析

采用自主研制的水压致裂地质力学测试成套装置,在贺西煤矿进行了地应力、煤岩体强度及结构井下现场测量。结果表明,矿井四采区为高应力区,三采区为中等水平应力区,形成以构造应力为主的地应力场,水平主应力方向为N42.5°E~N69.6°E,巷道应加强右顶底角部位的支护强度;巷道顶板锚杆锚索控制区域由泥质砂岩和细砂岩组成,其单轴抗压强度均值分别为44.34 MPa和50.68 MPa,巷道围岩内部无薄弱结构面,围岩强度保持平稳;锚杆锚索支护范围岩层整体完整无明显弱层,巷道适宜采用树脂锚杆锚索进行支护。测试结果为贺西煤矿锚杆支护等采矿工程参数设计提供了基础数据。

微机控制飞行员弹射练习器力学测量系统的研究

结合传统的飞行员弹射模拟器 ,研制了完整的测量模拟器动态性能的微机系统。弹射过程发生后 ,能迅速地得到弹射过程的动态参数 ,以利飞行员训练。文中讨论了该测量系统原理及相关的硬件和软件设计。

“蛟龙”本航段首潜三任务土工力学测量 生物诱捕 锰结核覆盖率调查

上图当地时间8月6日早上，“向阳红09”船抵达作业海域。利用停机的机会，轮机部对出现渗水现象的左主机第七缸进行了维修。图为工作人员在拆卸缸头。

无托槽隐形矫治器力学平台测量系统的误差分析

目的探究无托槽隐形矫治器力学平台的测量误差来源,为后续优化力学测量平台的使用提供参考。方法以原始模型3D打印树脂牙并组装形成力学测量平台的装配模型,对装配模型进行扫描,分别以原始模型(A组)和装配模型(B组)使用热压膜材料压制无设计量的隐形矫治器,通过对A、B组模型进行重叠分析和牙弓宽度测量,比较两组模型的匹配程度。使用力学平台测量两组矫治器戴入后树脂牙的三维受力,比较两组牙齿受力情况的差异。结果测量和重叠分析结果显示,A、B组模型平均存在-0.126~0.188 mm偏差。利用原始模型和装配模型制作的无设计量隐形矫治器戴入力学平台后,每个树脂牙均在三维方向上受到一定的力,使用原始模型制作的矫治器产生的力更大。除33和32唇舌向受力以及32、31和46垂直向受力,其余位点在两组矫治器戴入时牙齿受力差异均有显著的统计学意义(P<0.05)。结论装配模型与原始模型之间存在差异,产生一定的系统误差。为了减小安装过程导致的误差,需要在装配完力学平台后对树脂牙列进行三维扫描,并在装配模型基础上设计加工隐形矫治器。

基于光子晶体生物力显微镜的结直肠癌组织硬度空间分布测量

目的结直肠癌是全世界三大常见癌症之一,约占所有癌症病例的10%。结直肠癌的发展是一个多步骤的过程,从影响原癌基因和肿瘤抑制基因的特定突变开始,这些突变会导致组织发生结构变化和生物力学特性改变,这些改变正是正常细胞转换为恶性细胞的基础。肿瘤组织的机械刚度也与其侵袭性、迁移能力以及治疗响应密切相关。本研究为了进一步探究结直肠癌肿瘤组织机械刚度的分布与组织的生物学特性之间的关联,拟使用光子晶体生物力显微镜来获取具有空间信息的高分辨率结直肠癌肿瘤组织硬度分布图像。方法采用了液氮速冻以及冰冻切片对临床来源的结直肠癌组织进行了连续切片,使用了光子晶体生物力显微镜对肿瘤组织切片进行了力学测量,基于光子晶体的带隙效应可以将组织的微纳形变转换为颜色变化,从而获得组织切片相应位点的应力-应变曲线,通过Matlab计算并获得具有空间信息的硬度分布图像。同时对完成力学测量的肿瘤切片的相邻切片进行了免疫组化染色。结果绘制了具有空间信息、高分辨率的结直肠癌组织硬度图像,与文献报道的肿瘤组织硬度数值一致。同时发现了结直肠癌组织的硬度在空间分布上具有一定的差异性,在肿瘤血管生成处组织硬度显著增加,力学相关蛋白YAP也被高度激活。结论研究表明,能对肿瘤组织切片进行高分辨的空间测量,同时证明了组织硬度的分布差异与力学相关蛋白YAP的表达具有相当的一致性,为肿瘤组织机械刚度测量提供了一种新的手段。

肱骨干骨折小夹板外固定技术扎带相关生物力学测量研究

目的:通过临床模拟的方法,测量有经验的临床医师使用小夹板技术治疗模拟肱骨干骨折时扎带捆绑的各项力学数据,并探讨数据之间的关系,为小夹板技术治疗的标准化、改进及其推广提供参考基准数据。方法:召集45名骨科临床医师依次模拟捆绑10名志愿者,通过电测法测量不同体位及功能锻炼24h后扎带的张力以及扎带对内侧夹板的压力。结果:(1)扎带的张力:不同体位及功能锻炼24h后,组内重复测量方差分析差异较大,差异有统计学意义(P<0.01)。不同职称组组间方差分析结果差异无统计学意义。故推荐两组均值为临床参考值:捆绑即刻中立位扎带张力为(847.96±79.01)g;捆绑即刻屈肘握拳位扎带张力为(1 412.11±137.57)g。(2)扎带对内侧夹板压力:组间与组内方差分析结果与扎带张力相同。故同理推荐两组均值为临床参考值:捆绑即刻中立位扎带对内侧夹板压力为(692.36±63.47)g;捆绑即刻屈肘握拳位扎带张力为(1 222.67±120.37)g。(3)扎带的张力与扎带对内侧夹板压力之间关系:即刻中立位,两者呈线性相关。回归方程为:y=13.682+0.800x(y为捆绑即刻中立位的扎带对内侧夹板压力,x为捆绑即刻中立位的扎带张力)。结论:职称因素并不影响小夹板扎带捆绑的力学效果。小夹板扎带的张力与内侧夹板压力呈直线相关。

可视化角膜生物力学分析仪与非接触眼压计和动态轮廓眼压计测量眼内压的一致性研究

目的 探讨可视化角膜生物力学分析仪（corneal visualization scheimpflug technology,Corvis ST）测量眼内压（intraocular pressure,IOP）的重复性,及与非接触眼压计（non-contact tonometr,NCT）和动态轮廓眼压计（dynamic contour tonometry,DCT）测量结果的一致性。方法 选取正常角膜志愿者91例（91眼）。分别应用Corvis ST,NCT和DCT进行眼内压测量,每种仪器测量3次。采用单因素方差分析比较3种不同眼压计测量的IOP结果,组内相关系数（intraclass correlation coefficient,ICC）评估3种仪器各自测量眼内压的可重复性;Bland-Altman分析比较3种仪器测量IOP的一致性;Pearson双变量相关分析眼压测量结果间的相关性。结果 IOPCor、IOPNCT和IOPDCT的均值分别为（13.39±2.48）mm Hg（1 mm Hg=0.133 k Pa）,（13.94±2.32）mm Hg和（17.26±2.00）mm Hg,差异有统计学意义（F=76.949,P〈0.001）。相关性分析显示,3种测量仪器所测眼压结果存在明显相关性（P均〈0.001）。IOPCor、IOPNCT和IOPDCT科隆巴赫系数（Cronbach＇sα）分别为0.94、0.91和0.94;组内相关系数ICC分别为0.83、0.76和0.83。Bland-Altman一致性分析显示,组内偏差,IOPCor与IOPNCT为（-0.5±1.8）mm Hg;IOPCor与IOPDCT为（-3.9±2.1）mm Hg;IOPDCT与IOPNCT为（-3.3±2.2）mm Hg,其一致性界限区间分别为（-4.1~3.0）mm Hg、（-7.9~0.2）mm Hg和（-7.6~1.0）mm Hg。结论 Corvis ST能够有效测量眼内压且测量重复性好,与NCT测量结果具有较好的一致性,但与DCT测量结果存在差异。

角膜生物力学性能测量方法的研究进展

角膜为黏弹性生物组织,其生物力学性能测量方法主要可分为离体测量法和活体测量法。其中离体测量法又分为角膜轴向拉伸法、角膜膨胀法、离体全眼球测量法等;活体测量法以眼反应分析仪测量法为主。几种方法各有优缺点,均不能全面反映角膜的生物力学性能。在基础试验离体测量法中,角膜膨胀法具有较好的可操作性和重复性;活体测量方法中眼反应分析仪测量法如能建立与经典生物力学参数之间的关系,在临床检查和诊断中将具有更大的潜力和推广性。就目前角膜生物力学性能测量方法的研究现状做一综述。