考虑倾斜角度的T梁与箱梁极端波浪作用受力研究

近海桥梁所处海洋环境极为复杂,极易受到海啸及风暴潮等极端波浪灾害的威胁,倾斜的T形与箱形桥梁上部结构不同的截面形式在极端波浪作用下所受波浪力存在较大差异,应对其进一步研究比较并区别考虑。通过数值模拟方法以孤立波模拟海啸极端波浪,开展极端波浪对倾斜桥面结构影响的数值研究。首先对数值水槽中的波浪模拟效果及波浪力计算准确性进行验证,在此基础上,研究不同淹没深度、波高及桥面倾斜角度变化条件下T梁和箱梁所受波浪力特点,并比较两者受力差别。研究结果表明:总体上,波高越高两种主梁所受竖向力、水平力和弯矩越大;T梁与箱梁水平力峰值和竖向力峰值往往发生在负倾角范围;T梁与箱梁处于未淹没状态时受波浪砰击影响,所受波浪力主要由砰击力主导,T梁受梁肋间空区影响,发生多次砰击作用,箱梁发生单次砰击作用,主梁截面形式对主梁所受波浪力影响显著。半淹没情况下,在相同波高和倾角条件下T梁竖向力和水平力峰值均大于箱梁竖向力和水平力峰值,由负倾角所主导。全淹没情况下,主梁主要受极端波浪动水压力作用,T梁与箱梁空区被水体填满,两者腹板几何形状对竖向动水压力影响较小,而对水平力峰值有显著影响。

昆仑山北坡两种优势荒漠灌木的生物量预测模型

构建数学模型是估算灌木生物量的重要方法之一。本研究以中昆仑山北坡山前荒漠带常见的两种荒漠灌木红砂(Reaumuria soongarica)和合头草(Sympegma regelii)为研究对象。采用全株收获法采集植株,分别以株高(H)、冠幅面积(S)、植株体积(V)为自变量,植株地上生物量(W_(1))、地下生物量(W_(2))、全株生物量(W_(3))为因变量,建立函数模型,选取决定系数(R^(2))、估计标准差(SEE)、回归检验显著水平(P值)为评价指标,以P<0.001为前提,选取R^(2)尽量大、SEE尽量小的模型为红砂和合头草生物量最优预测模型。结果显示:红砂和合头草的生物量最优预测模型均为二次函数模型,合头草全株最优预测模型为一次函数模型除外。红砂植株体积(V)与生物量的相关性最高,生物量最优预测模型R^(2)为0.820~0.920。合头草冠幅面积(S)与生物量相关性最高,生物量最优预测模型R^(2)为0.935~0.973。红砂和合头草生物量最优预测模型均通过(P<0.001)显著性检验,拟合率在84.1%~95.6%之间,可用于生物量估算,本研究为预测荒漠生态系统碳储量和评价碳汇潜力提供科学依据。

塔里木盆地南缘绿洲-沙漠过渡带8种植物C、N、P生态化学计量特征的季节变化

研究荒漠生态系统中乔木、灌木和草本叶片生态化学计量特征及其随季节变化的规律,旨在阐明不同生活型植物生长发育过程中生态化学计量特征动态平衡及其差异,为荒漠生态系统的保护与管理提供理论依据。选择塔里木盆地南缘绿洲-沙漠过渡带内不同生活型8种植物,在生长季的4—9月连续进行叶片采集,分析叶片C、N、P含量及其计量比在整个生长季的变化。结果表明:(1)整体上,8种植物叶片C含量的季节变化不大,N、P含量在生长初期最高,之后逐步下降,体现了明显的稀释作用,而植物叶片的C∶N、C∶P和N∶P在整个生长季内的变化规律不一致;(2)综合分析8种植物叶片C、N、P含量及其计量比值在整个生长季节内的变异,变异系数由大到小排序为:P(32.39%)>C∶P(25.67%)>N(20.96%)>N∶P(20.42%)>C∶N(19.83%)>C(6.49%);(3)植物叶片C含量的变异主要受物种和生活型的影响,N、P含量及C∶N、C∶P的变异受物种和生长季的影响最大,而N∶P的变异受到生长季与物种的交互影响大于生长季的影响;(4)8种植物叶片N、P含量间存在极显著的正相关关系(P<0.001);P含量则与N∶P间呈现显著负相关(P<0.001),而N含量与N∶P间无显著相关性(P>0.05)。绿洲-沙漠过渡带8种植物叶片碳、氮、磷含量及其化学计量比在生长季因物种而不同,它们在生长季内的变异系数在物种间也存在差异,植物生长更容易受到N元素的限制。

高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩声发射演化特征及损伤本构模型

通过液氮(LN_2)压裂在储层中形成大规模裂隙网络,可以有效提高干热岩储层的热能提取效率。为研究液氮冷冲击作用对不同温度储层的压裂机理和致裂效果的影响,对经过高温加热(25℃~400℃)和液氮冷冲击处理后的花岗岩试样进行单轴压缩试验,分析了花岗岩力学强度及声发射等多项参数的演化特征,并进一步构建了考虑声发射参数的损伤本构模型,用于评价和预测高温加热-液氮冷冲击处理后花岗岩的变形和强度特征。结果表明:高温和液氮冷冲击的联合作用显著劣化了花岗岩力学性能,峰值强度逐渐降低,最大降幅达到32.8%。同时随着加热温度的升高,不同矿物颗粒之间的热膨胀变形存在差异,导致矿物颗粒之间变形不协调。随着初始加热温度的升高,声发射最大b值平均值显著上升,最大增幅达到32.2%,且声发射振铃计数的初始静默阶段对应的应变量大幅度降低,最大降幅达到54.3%。随着加热温度的升高,液氮冷冲击作用使得微裂纹的生长更为密集,花岗岩在外部荷载作用下,微裂隙不断扩展贯通,更容易形成剪切变形,发生剪切破坏的起始应力水平逐渐下降,最大降幅达到62.3%,同时RA-AF散点值在剪切区域占比增加,最大增幅达到29.5%。此外,本文以声发射振铃累计计数为变量构建了考虑声发射参数的损伤本构模型,能够描述不同高温和液氮冷冲击处理后花岗岩各力学参量在变形破坏过程中的演化特征。

大渡河流域极端气温时空分布特征研究

【目的】全球气候变化下,极端气候事件发生的频率、强度等日益增强,其可对流域环境等产生重大影响。大渡河流域不仅是我国长江上游生态屏障和川滇生态屏障的重要组成部分,也是长江流域干旱半干旱河谷的重点分布区域,流域内保护鱼类分布较多,对气候变化敏感。为此,探究大渡河流域极端气温指数时空分布特征。【方法】以大渡河流域为研究对象,基于该流域1964—2018年共55年的逐日气象数据,采用线性拟合、Sen′s斜率估计以及Mann-Kendall非参数检验等方法对大渡河流域的极端气温指数进行了分析;利用协同克里金法进行空间插值,分析了极端气温指数的空间分布规律。【结果】大渡河流域极端气温事件存在明显的年际变化,16个极端气温指数中有11个指数呈上升趋势,5个指数呈下降趋势。除气温极值外,上升速率最快的是SU25,上升速率为2.0 d/10 a;下降速率最快的是FD0,下降速率为1.6 d/10 a。除CSDI和WSDI在流域内变化趋势为0外,其余各极端气温指数变化速率在空间分布上有明显的差异性,海拔高度为导致大渡河流域极端气温指数空间分布特征的主要影响因子。【结论】在时间尺度上,大渡河流域极端气温指数中表征暖的指数均呈上升趋势;表征冷的指数(除TNn和TNx外)均呈下降趋势;其他指数中GSL上升速率较快。这表明该流域在近55年内整体呈变暖趋势,冬季变短夏季变长,且适宜植被生长的温度持续时间增长。突变检验表明各极端气温指数突变除TN10外均为显著突变,且突变年份集中在2000年前后。在空间尺度上,冷指数中ID0、FD0上游上升速率高于中下游,暖指数中TR20、SU25中下游上升速率大于上游,GSL上游上升速率明显高于中下游。流域整体呈变暖趋势且中下游更容易发生极端高温事件。研究成果可为大渡河流域极端气候灾害预警和水生态保护提供科学依据。

基于AIMM-PF的多机动目标协同跟踪

针对常规线性卡尔曼滤波越来越不能满足多机动目标跟踪精度需求的问题,提出一种基于自适应多模型粒子滤波的协同跟踪方法.首先,主车和协同车分别执行自适应交互式多模型粒子滤波(adaptive interactive multi model particle filter,AIMM-PF)算法,获得环境中目标车辆的运动状态;其次,协同车通过车车通信将跟踪到的目标状态发送给主车;最后,利用基于匈牙利算法和快速协方差交叉算法的数据关联和数据融合技术实现多机动目标的协同跟踪.搭建了V2V通信、雷达和定位仿真系统,选定两辆智能车作为主车和协同车,感知并跟踪200 m范围内的7辆目标车,进行了仿真试验.结果表明,与传统的单车跟踪相比,协同跟踪扩大了感知范围,且在不影响跟踪效率的情况下使跟踪误差降低了31.1%.

基于改进LPV模型的自动驾驶轻型货车横向控制

本文为适应物流自动驾驶轻型货车载荷显著变化的特点,满足低计算负载和高稳定性等需求,提出了一种基于LPV-MPC的路径跟踪控制方法。首先构建线性参变模型,并制定该模型与调度变量-速度和载荷的非线性映射规则,旨在提高行车稳定性并降低系统对参数的灵敏度;然后在滚动优化部分,为解决规划层提供的离散轨迹点稠密程度不匹配控制模块预测层需求的问题,设计了一种轨迹重构的方法,构建了适应预测层时域尺度的平滑轨迹序列,能有效降低预测状态与真实状态的偏差;同时采用了多点状态量偏差预测方式代替单点偏差预测,充分利用了参考轨迹信息从而提高跟踪精度;最后通过联合仿真和实车试验,验证了所提出控制策略的有效性。

1966—2018年岷江流域极端气温事件时空变化特征

在全球变暖背景下,极端气候事件问题逐渐显著,岷江流域作为川滇生态屏障区的重要组成部分,受气候变化的影响较大,研究该流域极端气候事件时空变化规律,能为未来气象灾害防治等提供科学依据。基于1966—2018年岷江流域62个气象站点的气温资料,选用“气候变化检测和指标”专家组所确定的16个极端气温指数,采用一元回归方程、Sen斜率、反距离权重空间插值法和Mann-Kendall检验法分析极端气温指数的时空变化规律。结果显示:岷江流域极端气温事件存在明显的时间变化特征,并且变化趋势在空间分布上存在一定的差异性。结果表明:(1)岷江流域极端高温事件显著增加,极端低温事件显著减少;极端气温指数的突变年份主要集中在1990—2000年左右,其中极端低温指数均在突变后呈现显著下降趋势,极端高温指数、极值指数、其他指数中除了日较差指数,均在突变后呈显著上升趋势;(2)极端低温指数在流域内大部分地区呈下降趋势,平均年变化率为-0.98 d·(10a)^(-1);极端高温指数、极值指数和作物生长期指数大部分地区呈上升趋势,其中极端高温指数上升趋势在流域内呈西低东高的分布,作物生长期指数在流域内呈北高南低的分布;日较差指数在流域上游地区呈下降趋势,中下游地区呈上升趋势。

克罗恩病和牙周炎的共有免疫相关基因及其作为诊断生物标志物的潜力

目的通过研究牙周炎和克罗恩病(Crohn's disease,CD)的共有免疫相关基因,探讨两种疾病间的共同病理生理学,并评估相关基因作为诊断生物标志物的价值。方法从GEO数据库下载CD和牙周炎的基因表达数据。对数据预处理后进行差异表达分析以获得差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),然后对共同DEGs进行功能富集和疾病本体分析并构建蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络。对CD和牙周炎数据库进行加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)以确定与疾病最相关的关键模块,从而进一步筛选出串扰基因,通过单样本基因集浓缩分析(ssGSEA)对CD和牙周炎的免疫细胞图谱进行评估,筛选CD和牙周炎中与免疫最相关的基因构建诊断模型,并在验证数据集中验证其准确性。结果共鉴定出143个共同DEGs,功能富集分析强调免疫在CD和牙周炎中发挥重要作用。通过WGCNA分析得到11个串扰基因,随后免疫浸润分析最终确定了4个与CD、牙周炎和免疫相关的基因(HLA-DMA、CD38、PIM2、TGM2);使用这4个基因构建的诊断模型在训练数据集和外部验证数据集中都具有良好的诊断性能。结论HLA-DMA、CD38、PIM2、TGM2基因参与了CD和牙周炎的发生发展,在免疫反应中扮演重要角色,以这4个基因构建的诊断模型对两种疾病都有良好的诊断效力。

环境响应纳米纤维的研究进展

环境响应纳米纤维是可以感知外界刺激变化并自身发生物理化学性能改变的智能材料。纳米纤维具有直径小、孔隙率大、比表面积高的优点,因此环境响应纳米纤维有更高的响应灵敏度,更快的响应速率,成为近年来的研究热点。综述了温度、pH、光、磁场等类型环境响应纳米纤维的研究现状,归纳了环境响应纳米纤维的制备方法和近几年的主要应用,如药物控释、传感器及分离纯化等领域,并对其研究前景进行了展望。

皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修中的力学分析

背景:目前,临床中对固定失败的椎体进行手术翻修的方式存在不足与风险,为规避常规翻修手术的风险,可应用皮质骨轨迹置钉技术对固定失败的椎体进行翻修手术,但在翻修手术中皮质骨轨迹置钉技术螺钉的力学性能尚不明确。目的:利用有限元分析皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修手术中的力学性能,为临床应用皮质骨轨迹置钉技术进行翻修手术提供理论依据。方法:获取骨质疏松症椎体CT扫描数据并建立L4节椎体模型。分别在L4椎体模型中完成皮质骨轨迹置钉(CBT初始组)以及传统椎弓根螺钉的初次置钉(TT初始组),并将其力学数据作为后期评价翻修手术性能的基线标准。再将传统椎弓根螺钉去除,保留其钉道,用皮质骨轨迹置钉的螺钉在该椎体上进行二次置钉(CBT翻修组),实现腰椎的重新固定,并利用有限元分析翻修后螺钉的轴向抗拔出力、稳定性以及腰椎活动度。结果与结论:①CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力比TT初始组提高25.6%;②在下、左、右3种工况,CBT翻修组螺钉的载荷位移比,相对于TT初始组分别提升18.5%,41.3%,35.0%;CBT翻修组螺钉的载荷位移比,在上工况比TT初始组略有提升,但差异无显著性意义(P>0.05);③在前屈、后屈工况,CBT翻修组腰椎活动度比TT初始组提升45.5%,36.1%,而在左侧弯、右侧弯、轴向旋转工况差异无显著性意义(P>0.05);④CBT翻修组螺钉轴向抗拔出力、螺钉载荷位移比、腰椎活动度与CBT初始组比较,差异均无显著性意义(P>0.05);⑤力学数据表明,翻修钉道骨质虽有一定破损或丢失,但CBT翻修组在一定程度上仍优于TT初始组的力学性能,且CBT翻修组与CBT初始组比较,力学性能之间无明显差异;此次研究结果可为临床应用皮质骨轨迹置钉技术对传统椎弓根螺钉固定失败的腰椎进行翻修手术提供一定的参考。

有限元分析改良皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修术中的力学性能

目的 利用有限元分析改良皮质骨轨迹置钉(modified cortical bone trajectory, MCBT)、皮质骨轨迹置钉(cortical bone trajectory, CBT)技术在腰椎翻修手术中的力学性能,并分析MCBT相比CBT在翻修手术中的优势。方法 根据CT扫描数据建立L1~5节椎体、终板、纤维环、髓核三维模型,在椎体模型中按传统轨迹(traditional trajectory, TT)椎弓根置钉技术进行置钉,再将TT螺钉去除,保留TT钉道,并用MCBT、CBT螺钉在该椎体上进行翻修置钉,对腰椎重新固定。利用有限元分析MCBT、CBT在翻修手术中的力学性能。结果 在前屈、后伸、侧弯、轴向旋转工况下,CBT翻修组相比对照组运动范围(range of motion, ROM)分别降低12.07%、19.60%、8.72%、7.66%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加11.27%、30.43%、35.52%、25.36%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低39.84%、52.64%、23.91%、15.77%;MCBT翻修组相比对照组,ROM分别降低13.18%、20.27%、25.63%、8.59%,L3~4椎体间纤维环应力分别增加10.41%、21.60%、15.83%、18.41%,L4~5椎体间纤维环应力分别降低37.14%、61.94%、39.46%、35.23%;MCBT翻修组相比CBT翻修组ROM分别降低1.26%、0.83%、18.53%、1.00%,L3~4椎体间纤维环应力分别降低0.77%、6.77%、14.53%、5.54%,L4~5椎体应力分别降低2.82%、15.91%、19.79%、8.75%。在前屈工况下,MCBT翻修组L4~5椎体间纤维环应力相比CBT翻修组增加4.49%,在后伸、侧弯、轴向旋转工况下分别降低19.65%、20.44%、23.11%。结论 采用MCBT、CBT进行椎体翻修时均能够提供满足椎体固定要求的力学性能,并且MCBT的固定性能与安全性能不劣于CBT。研究结果为腰椎翻修术提供了更多的入路选择,在临床中具有一定参考意义。

可调缝道构型对翼型气动特性的影响

翼型开缝是一种抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术。为了解决翼型开缝时仅能改善失速特性无法保障小迎角气动特性不被破坏的问题,本文以S809翼型作为研究对象,采用CFD方法进行翼型开缝研究,探究不同缝道参数对翼型气动特性的影响。提出了一种缝道调整方案,通过可调缝道兼顾翼型在小迎角及大迎角时的气动特性。结果表明:1)“基础缝道”构型可大幅改善翼型的失速特性,最大升力系数提高70.8%,达到1.81,失速迎角推迟到21°;2)通过平移或旋转等方式实现了曲线缝道的“梯形”化,实现了缝道的微小调整,得到可维持翼型小迎角气动特性的两种缝道构型;3)利用“基础缝道”和“前翼旋转5°缝道”之间的几何关系,提出了一种可调缝道方案,满足了失速特性大幅改善前提下小迎角气动特性不被破坏的需求。本文所采用的可调缝道研究思路和缝道方案可为翼型开缝技术的工程化应用提供一种参考。

秸秆还田和施肥对冬小麦-夏大豆轮作系统培肥与生产效益的影响

为探明秸秆还田和化肥施用对冬小麦-夏大豆轮作系统土壤培肥和生产效益的影响,于2020-2022年在关中平原开展田间定位试验,设置秸秆不还田不施肥(S0F0)、秸秆不还田常规施肥(S0F1)、秸秆还田配合常规施肥(S1F1)和秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)4个处理。利用静态暗箱-气相色谱法监测土壤N_(2)O排放通量,综合分析土壤养分、作物产量和土壤N_(2)O排放,明确秸秆还田配施化肥在土壤培肥、增产减排方面的效应。结果表明,秸秆还田和施肥通过显著提高土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、速效磷(AP)含量来促进土壤培肥。与S0F0相比,S1F0.8和S1F1处理提高土壤综合肥力314.24%~317.12%、330.58%~384.98%;S1F0.8和S1F1处理显著提高冬小麦产量80.29%~101.25%、82.50%~107.66%,提高夏大豆产量25.31%~34.72%、36.93%~45.20%;S0F1、S1F0.8、S1F1均显著增加土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度,但S1F0.8较S0F1、S1F1处理显著降低土壤N_(2)O累积排放量和种植系统温室气体排放强度;S1F0.8和S1F1处理提高生产效益75.09%~75.88%、67.54%~114.23%。综上,秸秆还田配合常规施肥(S1F1)是关中平原麦-豆轮作系统土壤培肥的有效方式;但依照国家降低化肥施用量的要求来说,秸秆还田配合减量施肥(S1F0.8)是关中平原麦-豆轮作系统增产、减排、提高收益的推荐方式。

贵州蓝莓蜜TaqMan探针实时荧光PCR检测方法的建立与应用

该研究利用TaqMan特异性探针实时荧光PCR检测手段,建立了高效、精准鉴别贵州特色(中蜂)蓝莓蜜的方法。对贵州白竹林、麻卡和乌卡坪三个地域的蓝莓种植区蓝莓蜜进行采集(包括意蜂蓝莓蜜),同时购买市售蜂蜜及加拿大蓝莓蜜,该方法通过采集贵州麻江县白竹林地区蓝莓种植园及蜂场周围蓝莓同花期26种植物样本,基于植物基因组中trnL基因序列的多序列比对,设计蓝莓trnL基因特异性引物,并进行TaqMan探针验证。结果表明,本研究设计的TaqMan探针特异性强,建立的TaqMan探针实时荧光PCR检测方法能检测到蓝莓花粉DNA最低浓度为0.3 ng/μL;利用建立的方法对11种市售蜂蜜和贵州蓝莓蜜样本进行检测,发现贵州蓝莓蜜的Ct值为24~26,蓝莓花粉数在800~1700颗,其余蜂蜜Ct值在30以上,表明该方法能够有效实现贵州蓝莓蜜和其他蜂蜜的区分,具有良好的应用前景。

机器学习辅助高强铝合金挤压力和制品出模口温度快速预测与调控

挤压力和挤压制品出模口温度是影响铝合金挤压成本和制品质量的关键参数.本文基于有限元数值模拟数据,采用人工神经网络建模,研究了不同挤压工艺参数(坯料温度、工模具温度、挤压速度)下高强铝合金挤压力和制品出模口温度的变化规律,实现了挤压力-挤压行程曲线和制品出模口温度-挤压行程曲线的准确预测,预测误差分别为2.84%和1.30%.采用支持向量回归算法和输入变量筛选,实现了挤压过程峰值挤压力、制品出模口最高温度和最低温度的准确预测,预测误差分别为0.82%、1.18%和1.88%.基于上述预测模型,可在给定制品出模口目标温度时,采用遗传算法快速确定合适的挤压工艺参数,或者在坯料和工模具温度发生波动时快速确定合适的挤压速度.

智能巡检机器人在自然环境试验中的应用探讨

目的 探索建立自然环境试验智能巡检系统,使用机器人替代部分人工巡检工作。方法 通过分析巡检作业环境和巡检任务,确定智能巡检机器人的功能要求和技术参数,进而开展机器人本体结构设计,融合控制后台、远程数据库等设备,实现智能巡检系统构建。结果 开展了智能巡检数据采集的使用验证,巡检机器人采集的样品图像对焦清晰、分辨率高,样品在图像中的位置大小合理,腐蚀特征展示清楚。巡检系统可对样品图像进行自动分割和智能识别,对蚀点、流痕等损伤特征识别准确,精度可达0.1%。结论 智能巡检系统可以满足自然环境试验的巡检要求,替代人工完成部分巡检工作,智能巡检数据便于入库和使用挖掘,对于自然环境试验的数字化转型有积极的推动作用。

印记基因在孤雌生殖方面的研究进展

孤雌生殖是一种独特的生殖方式,指的是卵母细胞在不经过受精的情况下,可以自发或通过物理、化学刺激发育为正常个体,而无需精子参与。在低等动物中,孤雌生殖可以仅由雌性个体完成,从而实现从单个雌性个体产生后代。然而在哺乳动物中,能够通过孤雌生殖发育为正常个体的实例极为罕见。该文介绍了孤雌激活的方式,孤雌胚胎获取方式和印记基因在孤雌生殖中的应用,以期为未来孤雌生殖的相关应用提供思路。

产气微生物掺量对水泥基材料界面过渡区性能的影响

界面过渡区是混凝土结构中的薄弱部分,对混凝土的性能有重要影响。选用酵母菌作为产气微生物,研究了产气微生物掺量对水泥-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明:酵母菌的加入加速了Ca(OH)_(2)的消耗,促进了CaCO_(3)、C-S-H等水化产物的生成,细化了界面过渡区结构,优化了界面过渡区产物组成,降低了界面过渡区宽度,并增加了显微硬度;当微生物掺量为80%时,界面过渡区的优化效果最佳,与无微生物时相比,界面过渡区的宽度减少了14.3%~15.4%,显微硬度增加了15.2%~25.1%。

新型变径全皮质骨螺纹螺钉设计以及在腰椎改良皮质骨轨迹的应用

目的 设计一款用于改良皮质骨轨迹(modified cortical bone trajectory,MCBT)置钉技术的新型变径全皮质骨螺纹螺钉,验证新型变径全皮质骨螺纹螺钉在MCBT技术中的力学特性。方法 根据MCBT技术,设计螺钉的螺距为2 mm,全长45 mm,粗杆部分直径恒定5.5 mm,细杆部分直径为4.0~4.5 mm变径,粗杆和细杆连接的变径位置长度为2 mm。从变径位置、螺纹深度、螺纹类型3个方面设置参数,开展三因素三水平L9正交试验,并建立螺钉模型。基于有限元方法对设计的螺钉进行扭转、弯曲和拔出力计算,对结果进行极差分析并确定螺钉模型。建立骨质疏松标本L4椎体三维模型,并按照MCBT技术置钉。比较新型变径全皮质骨螺纹螺钉和常规非变径全皮质骨螺纹螺钉抗拔出力。结果 通过极差分析,得出螺钉6(变径位置距离螺钉头部24 mm,螺纹深度0.7 mm,螺纹类型为45°对称螺纹)为最优螺钉。在抗拔出力方面,第6款变径全皮质骨螺纹螺钉比4.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉提高13.1%,与5.5 mm常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比不具有统计学差异。结论 螺钉变径位置对螺钉拔出力影响最小,螺纹类型对拔出力影响最大,螺纹深度对扭转、弯曲影响最大。与常规非变径全皮质骨螺纹螺钉相比,变径全皮质骨螺纹螺钉前端较细,可避免进钉点发生劈裂;螺钉后端直径较粗,具有较好的抗拔出力性能。研究结果为MCBT技术的临床应用提供新的理论基础。