目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕...目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕捉系统(Mo Cap)、间盘压力测试系统(IDPT)和全场应变测试系统(DIC)构成。通过动/定滑轮变向,主动肌模块通过串联测力计的钢索与主动肌起点相连,被动肌以类似方式连接到弹簧阻尼系统。以猪腰椎(L3~5)为对象,对屈曲动作进行验证测试。主动肌(腹直肌左右两束)的加载速度为5 mm/s,当肌力达到50±3 N时停止。记录样本3D运动学用于模型验证,收集并分析间盘的间盘压力和表面应变。结果单束主动肌(腹直肌)和被动肌(竖脊肌)肌测量值为49.8±0.1 N和75.5±0.6 N。此时L3~4、L4~5平均活动度分别为6.7°±1.3°、5.1°±0.9°。间盘的静态压力为178.6±24.0 k Pa(L3~4)和156.3±12.2 k Pa(L4~5),屈曲时平均增加分别为34.0%和35.0%。L3~4、L4~5间盘最大表面应变为60.0±16.6με和67.6±16.3με。结论该平台施载误差为0.4%,基于该测试方案猪腰椎活动度与人的腰椎活动度水平相当,且该平台能直接测量间盘压力、间盘应变,在脊柱力学测试中具有广泛的应用前景。展开更多
文摘目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕捉系统(Mo Cap)、间盘压力测试系统(IDPT)和全场应变测试系统(DIC)构成。通过动/定滑轮变向,主动肌模块通过串联测力计的钢索与主动肌起点相连,被动肌以类似方式连接到弹簧阻尼系统。以猪腰椎(L3~5)为对象,对屈曲动作进行验证测试。主动肌(腹直肌左右两束)的加载速度为5 mm/s,当肌力达到50±3 N时停止。记录样本3D运动学用于模型验证,收集并分析间盘的间盘压力和表面应变。结果单束主动肌(腹直肌)和被动肌(竖脊肌)肌测量值为49.8±0.1 N和75.5±0.6 N。此时L3~4、L4~5平均活动度分别为6.7°±1.3°、5.1°±0.9°。间盘的静态压力为178.6±24.0 k Pa(L3~4)和156.3±12.2 k Pa(L4~5),屈曲时平均增加分别为34.0%和35.0%。L3~4、L4~5间盘最大表面应变为60.0±16.6με和67.6±16.3με。结论该平台施载误差为0.4%,基于该测试方案猪腰椎活动度与人的腰椎活动度水平相当,且该平台能直接测量间盘压力、间盘应变,在脊柱力学测试中具有广泛的应用前景。