不同骨密度轨迹内固定系统对腰椎L4-L5节段的影响

为了评价改良皮质骨螺钉技术(modified cortical screw technique,MCBT)与其他传统内固定系统对腰椎骨质疏松湿标本L4-L5节段的生物力学影响。通过运用计算机体层摄影(computed tomography,CT)数据建立4种不同的有限元模型,比较三种置钉模型在相同生理负荷下的内固定系统应力的变化和腰椎L4-L5节段椎间活动度的变化。结果表明:改良模型组在前屈、后伸、侧弯、扭转工况下内固定系统的最大应力值明显大于传统椎弓根螺钉技术(traditional pedicle screw technique,TT)模型组和传统皮质骨螺钉技术(cortical bcrew technique,CBT)。MCBT螺钉模型在前屈、后伸、扭转工况下的椎间活动度最小,侧弯工况下大于TT模型组和CBT模型组。可见与TT和CBT相比,MCBT的机械稳定性更好,且在临床应用方面具有一定价值。

沙疗温度及血液灌注对膝关节温度场和应力场的影响

为探究沙疗过程中沙体温度及血液灌注率对于人体膝关节部位温度场分布以及骨骼热应力的影响,在生物传热学以及经典力学的理论基础上,通过运用将膝关节部位的计算机断层扫描(computed tomography,CT)影像数据导入3D逆向建模软件Mimics建立三维模型,并将模型导入COMSOL软件并进行传热数值模拟的方法来研究了沙疗过程中膝关节温度场以及热应力的变化规律。结果表明:在45℃沙体环境下沙疗30 min,膝关节骨骼的温度和热应力主要集中在髌骨和胫骨上,而在胫骨的长骨部位尤为集中。由骨骼热应力变化曲线可以知道骨骼平均热应力在沙疗20 min时达到顶峰,在20~30 min出现下降趋势,然后在30 min以后随着时间增加开始逐渐减退。可见合适的沙疗时间在20 min左右为最佳,但不超过30 min为宜。在整个沙疗过程中,血液灌注率对于人体的温度场以及应力场起着至关重要的调节作用。

基于热流原理的核心温度传感器在膝关节深部测温的应用研究

人体膝关节处深部体温的监测对于关节患者治疗与康复十分重要。为了能够为热疗中的关节炎患者持续测量皮肤组织不同深部的体温。本文基于传热学原理,通过对核心温度测量技术的改进,创新性的提出了膝关节深部测温的方法。根据膝关节的特点将其划分为6个区域并布置12个位置的传感器探头,基于生物传热模型模拟了人体膝关节和传感器探头的传热实验;首先通过设置膝关节核心温度38℃不变,在稳态条件下根据传感器两侧的温度差,以及膝关节深部不同厚度处的温度,利用传热方程计算对应等厚度层皮肤组织热阻,与等温度层热阻对比分析了不同部位组织深度与热阻得关系。维持核心温度38℃,建立了热疗仿真模型,通过设置点热源,模拟高频热疗仪的深部热疗实验,利用所求热阻计算对应深部的温度与该位置探针显示温度值对比,误差在0.62℃以内。基于仿真实验结果建立膝关节传热理论并进行了热板实验和人体实验。热板实验中传感器热平衡时间约为7.7 min,平均误差为0.15℃,分析了人体实验的误差来源。这种基于仿真实验理论的符合人体工程学的体温传感器有可能对膝关节患者深部体温进行连续测量。

基于负温度系数热敏电阻多通道高精度可穿戴式体温采集系统的设计

体温通常用于筛查传染病、监测治疗。为了确定皮肤表面温度。通过恒压式测温电路测电阻的方法,研究设计了可穿戴式多点体温监测系统,以STM32F103C8T6芯片为核心处理器,负温度系数热敏电阻(negative temperature coefficient,NTC)作为感温元器件,ADS1256芯片为温度信号调理器,蓝牙模块为无线传输单元,用LABVIEW设计上位机界面。热敏电阻及分压电阻构成的恒压式电桥电路进行8路温度数据的采集,24bits超高精度模数转换模块配置差分输入对模拟信号进行放大、滤波以及模数转换;转换后的数据在单片机中处理和运算;最终通过蓝牙将数据传至上位机。采用Stein-hart方程的四阶公式对热敏电阻作线性补偿。从软件和硬件上减少环境干扰和体温分布不均的影响。分析了温传感器的温度测量误差。实验结果表明,测量系统分辨率达0.01℃,测温准确度可达±0.02℃。此设计方案,具有较高的稳定性和精确性;并且该电路结构简单、体积小、低功耗,可用于需要精密测体温场合。