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3D打印技术与有限元分析在脊柱侧凸矫形中的应用优势 认领
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作者 周晨 邢文华 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第12期1898-1903,共6页
背景:脊柱侧凸是脊柱外科中常见的脊柱畸形疾病,常好发于许多儿童和青少年。严重的脊柱侧凸给患者带来身体与心理上的伤害,接受适当的手术治疗成为解决问题的有效方法。目的:文章综述了3D打印技术与有限元分析的研究背景及发展,总结并... 背景:脊柱侧凸是脊柱外科中常见的脊柱畸形疾病,常好发于许多儿童和青少年。严重的脊柱侧凸给患者带来身体与心理上的伤害,接受适当的手术治疗成为解决问题的有效方法。目的:文章综述了3D打印技术与有限元分析的研究背景及发展,总结并归纳了3D打印技术与有限元分析的广泛使用推动了脊柱外科矫形的发展。方法:以"Scoliosis,3D printing,finite element analysis"为英文检索词,应用计算机在PubMed数据库检索2000至2020年的相关文献共200篇;以"脊柱侧凸、3D打印、有限元分析"为中文检索词,应用计算机在知网数据库检索2000至2020年的相关文献共11篇。文章对3D打印技术与有限元分析应用于脊柱侧凸矫形研究的相关文献进行综述。结果与结论:文章最终纳入52篇进行综述分析。(1)3D打印技术可以有效结合有限元方法模拟脊柱矫形手术,以预测、分析植入物及相邻结构之间的应力变化,辅助医务人员进行术前规划并指导手术过程,减少术中出血及降低相应并发症的风险;(2)3D打印技术与有限元分析具有一定局限性,其成本价格相对昂贵,且还未形成完整的数据库,可能会为患者的治疗带来一定的影响;(3)总之,3D打印技术与有限元方法虽然有不足之处,但两者对于脊柱侧凸矫形具有重要的贡献,其在医学领域的发展前景值得期待。 展开更多
关键词 脊柱 脊柱侧凸 矫形 3D打印 有限元分析 植入物 生物力学
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锁定螺钉辅助髋臼杯不同固定方式的有限元分析 认领
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作者 陈路 张建光 +3 位作者 邓长弓 严才平 张伟 张袁 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第3期356-361,共6页
背景:人工髋关节置换后失败的一个重要原因是假体无菌性松动。传统髋臼杯固定方式在维持臼杯初始稳定性上仍然存在争议,进一步改进臼杯的固定方式来增加其稳定性是一种可以考虑的方法。目的:分析锁定螺钉辅助髋臼杯固定方式的可行性和... 背景:人工髋关节置换后失败的一个重要原因是假体无菌性松动。传统髋臼杯固定方式在维持臼杯初始稳定性上仍然存在争议,进一步改进臼杯的固定方式来增加其稳定性是一种可以考虑的方法。目的:分析锁定螺钉辅助髋臼杯固定方式的可行性和优越性。方法:通过软件Solidworks重建髋臼杯和螺钉并加以组配,对比3种方式下(髋臼杯、髋臼杯和普通松质骨螺钉、髋臼杯和锁定松质骨螺钉)髋臼杯、螺钉受到的应力以及髋臼杯受到的剪切力。结果与结论:①建立的髋臼杯与螺钉的有限元模型几何相似性好,能用于有限元分析;②组配有锁定螺钉的髋臼杯受到的应力和剪切力较单独的髋臼杯和组配普通螺钉的髋臼杯小;③锁定螺钉承受应力较普通螺钉增高,能有效地分散髋臼杯受到的剪切力;④提示组配锁定螺钉来固定髋臼杯可有效防止髋臼杯不稳、假体松动的可能;较传统方式能更好地为髋臼杯提供稳定性,为后期骨组织长入维持力学环境;较组配普通螺钉方式引起的承载应力能力有限、抗髋臼杯剪切力偏低等情况优越。 展开更多
关键词 关节 关节成形术 髋臼 锁定螺钉 螺钉 髋臼杯 有限元分析 生物力学
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新型股骨颈内固定系统治疗不稳定性股骨颈骨折的有限元分析 认领
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作者 范智荣 苏海涛 +4 位作者 周霖 黄晖达 周俊德 江涛 刘子桃 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第15期2321-2328,共8页
背景:股骨颈骨折的治疗策略包括空心螺钉固定、动力髋螺钉固定、髓内钉固定、锁定钢板固定和髋关节置换等,然而目前对于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的最佳治疗方法仍存在争议。目的:通过采用三维有限元方法分析新型股骨颈内固定系统(femoral ... 背景:股骨颈骨折的治疗策略包括空心螺钉固定、动力髋螺钉固定、髓内钉固定、锁定钢板固定和髋关节置换等,然而目前对于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的最佳治疗方法仍存在争议。目的:通过采用三维有限元方法分析新型股骨颈内固定系统(femoral Neck System,FNS)治疗不稳定性股骨颈骨折生物力学特征。方法:选择1名岁青年健康志愿者的股骨CT影像学资料,并将其导入到医学三维重建软件Mimics 21.0中,得到原始股骨三维模型;将模型输出为STL格式文件并导入到Geomagic Wrap 2017软件中进行优化,构建股骨皮质骨与松质骨结构;将优化后的模型导入至Solidworks 2017软件中,通过布尔运算重建PauwelsⅢ型股骨颈骨折三维模型,Pauwels角度分别设定为50°,60°和70°;使用Solidworks2017软件,按照临床上应用的内固定尺寸大小建模,建立3种内部固定模型(股骨颈内固定系统、正三角形空心螺钉、倒三角形空心螺钉);最后使用Abaqus 2017软件进行网格划分、施加载荷和数据计算,分析各模型股骨与内固定的应力分布、应力峰值和最大位移。结果与结论:①无论是何种角度的骨折,3种内固定模型中的股骨近端应力主要分布在内侧股骨距附近,并向四周扩散,其中倒三角形空心螺钉组的应力最大,股骨颈内固定系统组最小;②无论是何种角度的骨折,3种内固定模型中的内固定装置应力主要分布在骨折线附近螺钉中间表面,其中倒三角形空心螺钉组的应力最小,股骨颈内固定系统组最大;③无论是何种角度的骨折,3种内固定模型中的股骨位移峰值主要集中在股骨头顶端,其中倒三角形空心螺钉组的位移峰值最大,股骨颈内固定系统组最小;④无论是何种角度的骨折,3种内固定模型中的内固定装置位移峰值主要在螺钉顶部,其中正三角形空心螺钉组位移峰值最大,股骨颈内固定系统组最小;⑤结果表明,股骨颈内固定 展开更多
关键词 内固定 骨折 股骨颈 股骨颈骨折 内固定系统 有限元分析 生物力学
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不同构型前路双钢板固定B、C型骶髂关节脱位的有限元分析 认领
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作者 束晖 黄晓微 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第12期1810-1814,共5页
背景:高能量暴力会导致骨盆环结构不稳定,手术治疗骨盆损伤的首要目的是尽可能恢复骨盆后环的连续性和稳定性。为了获得解剖复位,可应用前置钢板固定来维持骨盆后环稳定性。目的:探讨前路双钢板内固定的构型与生物力学稳定性的关系,寻... 背景:高能量暴力会导致骨盆环结构不稳定,手术治疗骨盆损伤的首要目的是尽可能恢复骨盆后环的连续性和稳定性。为了获得解剖复位,可应用前置钢板固定来维持骨盆后环稳定性。目的:探讨前路双钢板内固定的构型与生物力学稳定性的关系,寻找治疗B型和C型骶髂关节脱位的最佳前路双钢板内固定构型。方法:建立完整骨盆环的三维有限元模型并进行验证,在完整骨盆模型的基础上建立B型和C型骶髂关节脱位模型,在2种类型的单侧脱位骨盆模型中置入7种不同角度(0°-90°)放置的前路前板。记录并分析比较各种前路钢板构型固定骶髂关节脱位模型的稳定性。结果与结论:(1)在0°固定模型中,B型和C型骶髂关节脱位的向下平移量最大,分别为0.96 mm和0.92 mm;75°固定模型,B型和C型的最小向下平移量均为0.18 mm;(2)同时0°固定模型中,B型和C型骶髂关节脱位的屈曲成角最大,分别为2.05°和1.9°;60°固定模型中,B型和C型骶髂关节脱位的屈曲成角最小均为0.06°;(3)侧弯成角方面,B型脱位在30°构型固定时侧弯成角最小,为0.01°;C型脱位在45°构型固定时侧弯成角最小,为0.11°;(4)综合考虑认为前路钢板成角在45°-75°这个范围,固定B型和C型骶髂关节脱位具有较好的稳定性。 展开更多
关键词 骨盆环 骶髂关节 脱位 双钢板 内固定 生物力学 有限元分析
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皮质骨轨迹螺钉固定对相邻节段影响的有限元分析 认领
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作者 魏源标 郭惠智 张顺聪 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第18期2799-2804,共6页
背景:皮质骨轨迹螺钉是近年来兴起的新型脊柱内固定方式,可明显增加内固定的抗拔出力,取得和传统椎弓根螺钉相似或更优的生物力学稳定性,但其对相邻节段的影响尚不清楚。目的:比较皮质骨轨迹螺钉固定与椎弓根螺钉固定对相邻节段椎间盘... 背景:皮质骨轨迹螺钉是近年来兴起的新型脊柱内固定方式,可明显增加内固定的抗拔出力,取得和传统椎弓根螺钉相似或更优的生物力学稳定性,但其对相邻节段的影响尚不清楚。目的:比较皮质骨轨迹螺钉固定与椎弓根螺钉固定对相邻节段椎间盘和小关节的影响。方法:通过一位正常男性志愿者的腰椎CT扫描数据,建立L3至骶骨的腰骶椎有限元模型。验证完整模型的有效性后,建立L4-5节段的皮质骨轨迹螺钉固定与椎弓根螺钉固定模型,设置模型的材料属性,比较两种内固定方式对上下相邻节段(L3-4和L5-S1节段)椎间活动度、椎间盘应力和小关节应力的影响。结果与结论:①有限元验证结果显示模型可较好地模拟正常腰椎的生理活动;②在上下相邻节段活动度和椎间盘Von Mises应力上,两种固定方式在各个活动方向上差异较小(<10%);在相邻节段小关节Von Mises应力上,皮质骨轨迹螺钉固定模型在各工况下L4上关节突的应力均小于椎弓根螺钉固定模型,尤其是在左旋和右旋时明显,分别减小了30.1%和15.9%;但在尾端相邻小关节应力上,皮质骨轨迹螺钉固定模型L5下关节突的最大等效应力在前屈、后伸、左侧弯和左旋时较椎弓根螺钉固定模型分别增加10.4%,20%,9.6%和2.7%,在右侧弯和右旋时减小24.5%和7.4%;③总的来说,两种固定方式对相邻节段活动度和椎间盘应力的影响相似,但相比于椎弓根螺钉固定,皮质骨轨迹螺钉固定减小了头端相邻小关节的应力,增加了尾端相邻小关节的应力。 展开更多
关键词 皮质骨轨迹螺钉 椎弓根螺钉 相邻节段退变 内固定 脊柱 有限元分析
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大挠度压电聚合物薄膜的能量收集研究 认领
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作者 王乐生 王海峰 +1 位作者 王世龙 孙凯利 《传感器与微系统》 2021年第1期17-19,22,共4页
为了给微型传感器持续稳定地供电,利用聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜受外部激励产生大挠度变形来产生更多的电能。通过使不同长度的PVDF薄膜产生不同程度的位移,来探究PVDF薄膜变形与发电量的关系。有限元分析结果表明:在同一长度的PVDF薄膜中... 为了给微型传感器持续稳定地供电,利用聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜受外部激励产生大挠度变形来产生更多的电能。通过使不同长度的PVDF薄膜产生不同程度的位移,来探究PVDF薄膜变形与发电量的关系。有限元分析结果表明:在同一长度的PVDF薄膜中,发电量随位移的增大而增大。分别将长度为4.1,7.3,17.1 cm的PVDF薄膜发电情况进行比较,结果表明:三种尺寸都有一个共同的现象,当位移与PVDF薄膜的长度比值接近0.81时,输出功率最高。 展开更多
关键词 压电能量收集 压电聚合物薄膜 有限元分析 大挠度
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高量程加速度传感器的结构优化与仿真分析 认领
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作者 韩文曼 郭涛 《传感器与微系统》 2021年第1期20-22,共3页
在传统双边四梁结构的基础上,优化设计了一种高量程加速度传感器结构,量程为10000 g n。理论上对其进行了应力分析,验证了结构的合理性,并通过有限元建模对传感器进行了静态结构分析,模态分析和抗过载能力分析。在恒压源供电条件下,传... 在传统双边四梁结构的基础上,优化设计了一种高量程加速度传感器结构,量程为10000 g n。理论上对其进行了应力分析,验证了结构的合理性,并通过有限元建模对传感器进行了静态结构分析,模态分析和抗过载能力分析。在恒压源供电条件下,传感器的固有频率大于50 kHz,灵敏度理论值为18.88μV/g n,抗过载能力为20000 g n。与传统结构相比,极大地提高了高量程加速度传感器的性能。 展开更多
关键词 加速度传感器 高量程 有限元分析 固有频率 灵敏度 抗过载能力
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有限元法分析尖顶距与股骨近端防旋髓内钉固定股骨转子间骨折稳定性的关系 认领
8
作者 蔡群斌 邹霞 +5 位作者 胡剑涛 陈心敏 郑利钦 黄培镇 林梓凌 姜自伟 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第6期831-836,共6页
背景:股骨近端防旋髓内钉是治疗股骨转子间骨折较为理想的一种内固定方式,但仍有6%-21%的内固定失败率,而尖顶距被认为是股骨近端防旋髓内钉术后失效的一个重要原因。尖顶距是指正侧位X射线片上所测量的从拉力螺钉尖端到股骨头顶点距离... 背景:股骨近端防旋髓内钉是治疗股骨转子间骨折较为理想的一种内固定方式,但仍有6%-21%的内固定失败率,而尖顶距被认为是股骨近端防旋髓内钉术后失效的一个重要原因。尖顶距是指正侧位X射线片上所测量的从拉力螺钉尖端到股骨头顶点距离的总和,现大多数学者认为保证头髓钉尖顶距≤25 mm预后较好,但仍存在较多争议。目的:探讨不同尖顶距影响股骨近端防旋髓内钉治疗股骨转子间骨折的生物力学差异,为临床治疗转子间骨折提供新思路和实验基础。方法:选取1例左侧股骨转子间骨折患者CT资料,导入Mimics 19.0和Geomagic studio 2017软件中进行提取、优化得到右侧股骨三维模型。运用Solidworks 2017软件画出内固定模型并与切割为AO2.1型骨折的股骨模型按照标准手术技术装配,分别得到尖顶距为15,20,25,30 mm的4个模型,导入Hypermesh 14.0软件中划分网格,再以inp格式导入Abaqus 2016中,设置材料属性参数、边界条件、施加载荷后提交求解,在可视化模块中查看运算结果。结果与结论:①尖顶距值过大(30 mm)或过小(15 mm)时,股骨近端应力虽减小,但股骨头颈骨块和小转子骨块位移较大,内翻较严重;尖顶距值居中(20,25 mm)时,股骨头颈骨块位移和内翻较小,小转子骨块基本无移位;②股骨近端防旋髓内钉治疗股骨转子间骨折应调整尖顶距值于20-25 mm之间,骨折端稳定、移位小,具有较好的生物力学效果。 展开更多
关键词 骨折 尖顶距 股骨 转子间骨折 髓内钉 有限元分析 生物力学
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三种后路单节段固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学性能 认领
9
作者 阮汉江 金根洋 +5 位作者 李新武 姚建 武鹏 张引 张帅 肖俊 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第15期2309-2314,共6页
背景:单节段普通C2椎弓根钉在治疗Hangman骨折时存在拉力较弱、双枚螺钉孤立固定稳定性差的特点。目的:应用三维有限元方法分析3种后路单节段内固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学性能,探讨新型内固定系统在治疗Ⅱ型Hangman骨折中... 背景:单节段普通C2椎弓根钉在治疗Hangman骨折时存在拉力较弱、双枚螺钉孤立固定稳定性差的特点。目的:应用三维有限元方法分析3种后路单节段内固定方式治疗Ⅱ型Hangman骨折的生物力学性能,探讨新型内固定系统在治疗Ⅱ型Hangman骨折中的应用价值。方法:通过CT扫描获取1例健康成年男性上颈椎的影像学数据资料,利用Mimics 10.01、Abaqus 6.12等软件,建立正常的上颈椎(C0-3)的三维有限元模型并行有效性验证。基于有效性验证的基础上,首先建立Ⅱ型Hangman骨折模型,然后建立3种内固定模型:模型A:普通椎弓根螺钉内固定模型;模型B:新型双螺纹中空椎弓根螺钉内固定模型;模型C:新型双螺纹中空万向椎弓根螺钉+“Ω”形横连内固定模型,比较各模型在不同工况下的三维活动度和螺钉所受应力情况。结果与结论:①3种内固定方式下C0-3各节段在不同工况下的三维活动度与正常模型相差较小,相差最大的在C2-3扭转方向上,模型A、B、C较正常模型分别增大了0.6°、0.8°及0.8°,且3种内固定模型与正常模型之间三维活动度相比差异无显著性意义(P>0.05);②3组内固定植入物各工况下最大应力的大小顺序均为:A组>B组>C组,且螺钉应力集中点在骨折线部位,经统计学分析3种内固定模型的最大应力差异有显著性意义(P<0.05);③提示新型双螺纹中空万向椎弓根螺钉+“Ω”形横连内固定方式具有更优良的抗疲劳特性,且能最大程度地保留颈椎生理活动度,是一种可用于治疗Ⅱ型Hangman骨折的内固定方式。 展开更多
关键词 HANGMAN骨折 上颈椎 螺钉 有限元分析 内固定 生物力学
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胫骨近端关节外骨折两种内固定方式的有限元分析 认领
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作者 韩世翀 李昌 +2 位作者 刑海洋 葛文龙 王刚 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第15期2329-2333,共5页
背景:随着髓内钉技术的不断改进,使用髓内钉内固定治疗胫骨近端骨折逐渐增多,然而髓内钉与双侧锁定钢板固定胫骨近端关节外骨折的生物力学稳定性尚不明确。目的:采用三维有限元方法模拟胫骨近端关节外粉碎性骨折,分析髓内钉与双侧锁定... 背景:随着髓内钉技术的不断改进,使用髓内钉内固定治疗胫骨近端骨折逐渐增多,然而髓内钉与双侧锁定钢板固定胫骨近端关节外骨折的生物力学稳定性尚不明确。目的:采用三维有限元方法模拟胫骨近端关节外粉碎性骨折,分析髓内钉与双侧锁定钢板内固定在不同受力情况下的生物力学特点。方法:采用胫骨CT数据通过相关软件建立胫骨近端关节外粉碎性骨折的有限元模型,根据内固定原则,分别装配胫骨近端双侧锁定钢板与胫骨近端髓内钉,并应用有限元分析法分析胫骨近端关节外粉碎性骨折两种内固定方式在不同加载状态下的位移及应力情况。结果与结论:①在轴向载荷下,髓内钉模型内固定系统及胫骨所受应力最小、骨折断端位移最小,内固定物应力主要集中于骨折断端附近,其中髓内钉内固定应力分布更均匀;②在三点弯曲加载下,髓内钉模型的内固定系统及胫骨所受应力最小,但骨折断端位移大于双钢板模型;髓内钉近端第3枚锁钉与主钉的相交处出现应力集中,双侧钢板内固定应力主要集中于锁定螺钉周围;③在扭转力加载下,髓内钉模型的内固定系统所承担的应力最小,骨折断端位移最小;髓内钉内固定应力均匀分布于各个锁钉与主钉的相交处,双钢板应力主要集中于外侧钢板与胫骨近端的接触面;④提示对于胫骨近端关节外粉碎性骨折,髓内钉抗轴向加载及扭转加载能力更好,而双侧锁定钢板在对抗弯曲时更具优势。 展开更多
关键词 骨折 胫骨近端骨折 三维重建 髓内钉 钢板 位移 应力 有限元分析
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侧方入路腰椎融合治疗后的生物力学稳定性的研究与进展 认领
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作者 宋成杰 常恒瑞 +1 位作者 石明鑫 孟宪中 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第6期923-928,共6页
背景:侧方入路腰椎融合临床应用越来越广泛,关于侧方入路腰椎融合的生物力学研究日益增多。目的:总结近年来侧方入路腰椎融合的生物力学研究进展,以期对临床医师应用侧方入路腰椎融合治疗腰椎疾病有一定的指导作用。方法:在中国知网、... 背景:侧方入路腰椎融合临床应用越来越广泛,关于侧方入路腰椎融合的生物力学研究日益增多。目的:总结近年来侧方入路腰椎融合的生物力学研究进展,以期对临床医师应用侧方入路腰椎融合治疗腰椎疾病有一定的指导作用。方法:在中国知网、万方数据库、PubMed数据库,分别以“侧方入路腰椎融合术”“极外侧入路腰椎融合术”“侧前方入路腰椎融合术”“有限元”“生物力学”“lateral lumbar interbody fusion”“direct lateral interbody fusion”“extreme lateral interbody fusion”“oblique lumbar interbody fusion”“Finite element”“Biomechanics”为关键词,最终检索到32篇文献进行综述。结果与结论:①目前对侧方入路腰椎融合的生物力学研究主要包括与前后路手术的对比、侧方入路腰椎融合不同内固定方式的稳定性、侧方入路腰椎融合术后邻椎病发病率、侧方入路腰椎融合新型内固定物的研究;②侧方入路腰椎融合生物力学稳定性与前方入路腰椎融合、后方入路椎间融合相似,优于经椎间孔入路腰椎融合,临床医师在选择手术方式时,可优先考虑侧方入路腰椎融合;③侧方入路腰椎融合并双侧椎弓根钉棒固定和侧板棘突板联合固定具有最好的生物力学性能,建议临床医师将此2种内固定方式作为首选;④虽然关于侧方入路腰椎融合的生物力学研究较多,但极外侧和侧前方椎间融合之间的生物力学基础研究较少,因极外侧椎间融合是经腰大肌入路,侧前方椎间融合是经腰大肌前方入路,破坏和保留腰大肌是否对侧方入路腰椎融合后的生物力学稳定性有影响,还有待进一步研究。 展开更多
关键词 腰椎 体外实体实验 有限元分析 生物力学 内固定 邻椎病 综述
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塌陷预测方法联合分期分型对股骨头坏死治疗的指导作用与前景 认领
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作者 刘钊 徐西林 +6 位作者 申意伟 张晓峰 吕航 赵军 王政春 刘旭卓 王海涛 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第6期929-934,共6页
背景:股骨头坏死是骨科常见的致残性疾病,其疾病发展过程难以逆转,治疗方式选择不当,容易引发股骨头塌陷,最终导致髋关节功能部分或完全丧失,严重影响患者的生活状态。目的:对股骨头坏死塌陷评估与预测方法进行综述,并提出两者结合应用... 背景:股骨头坏死是骨科常见的致残性疾病,其疾病发展过程难以逆转,治疗方式选择不当,容易引发股骨头塌陷,最终导致髋关节功能部分或完全丧失,严重影响患者的生活状态。目的:对股骨头坏死塌陷评估与预测方法进行综述,并提出两者结合应用可为选择治疗方案提供更精准依据。方法:以“Staging and classification,ONFH,collapse prediction,assessment”为关键词检索PubMed英文数据库,以“分期分型,股骨头坏死,塌陷预测”为关键词检索CNKI、万方等中文数据库,检索时限为1991年1月至2020年1月,排除与研究目的无关和重复文献,纳入符合标准的62篇文章进行综述。结果与结论:①股骨头坏死分期分型能有效评估塌陷是否存在及塌陷程度,但各种分期分型方式对塌陷发生前的预测仍有其局限性;②股骨头坏死各种分期分型联合应用塌陷预测方法能提高评估的精确性,具体结合效力仍需进一步研究。 展开更多
关键词 股骨头坏死 分期 分型 塌陷 预测 有限元分析 综述
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钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折:最佳骨水泥量有限元分析 认领
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作者 陈心敏 李文标 +5 位作者 熊凯凯 熊晓燕 郑利钦 李木生 郑永泽 林梓凌 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第9期1404-1409,共6页
背景:骨质疏松和骨折类型是影响股骨近端防旋髓内钉内固定后失效的两个重要原因,而钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年AO31-A3.3型股骨转子间骨折可以有效降低术后失败率,但注入骨水泥的具体数量仍有待商榷。目的:探讨钉道强化股骨近... 背景:骨质疏松和骨折类型是影响股骨近端防旋髓内钉内固定后失效的两个重要原因,而钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年AO31-A3.3型股骨转子间骨折可以有效降低术后失败率,但注入骨水泥的具体数量仍有待商榷。目的:探讨钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折的最佳骨水泥量。方法:选取1名志愿者CT资料导入Mimics 19.0和Geomagic studio 2017软件中进行提取、优化得到右侧股骨三维模型;运用Solidworks 2017软件画出内固定模型并与股骨模型按照标准手术技术装配,再导入Hypermesh 14.0软件中截骨得到AO31-3.3型股骨转子间骨折模型,将螺旋刀片近端周围松质骨重新定义为骨水泥,分别得到A(2.2 mL)、B(4.2 mL)、C(6.4 mL)3个不同骨水泥注入量的钉道强化股骨近端防旋髓内钉模型,设置材料属性参数、边界条件、施加载荷,分别导入LS-DYNA软件求解。结果与结论:①3个模型头颈骨块内翻和旋转角度、股骨近端整体应力无明显差异,但B、C模型螺旋刀片切割严重且出现螺旋刀片断裂,A模型螺旋刀片切割轻微无断裂;②骨水泥强大的锚固力能稳定螺旋刀片,但容易导致局部应力集中;③钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折注入的骨水泥量不宜过多,可能不超过3 mL具有最佳的生物力学效果。 展开更多
关键词 股骨 骨折 骨水泥 髓内钉 有限元分析 生物力学
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基于多孔介质模型的过滤器分析 认领
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作者 岳守体 崔本廷 +2 位作者 俞瑞利 梁瑞 周文海 《西华大学学报:自然科学版》 CAS 2021年第1期81-86,共6页
为保证航天发射场供气系统管路的洁净度及管路仪器仪表、压缩机等正常运行,应在设备入口前的管道上安装过滤器。文章利用三维建模软件Solidworks对所研究的过滤器进行建模,采用有限元分析软件FLUENT的多孔介质模型进行数值模拟,通过改... 为保证航天发射场供气系统管路的洁净度及管路仪器仪表、压缩机等正常运行,应在设备入口前的管道上安装过滤器。文章利用三维建模软件Solidworks对所研究的过滤器进行建模,采用有限元分析软件FLUENT的多孔介质模型进行数值模拟,通过改变过滤器的孔隙率及流体的速度,对过滤器出口的质量流量和进出口压差进行分析,结果显示:当气相流体为氮气时,过滤器出口的质量流量关于入口速度呈一次函数关系;不同孔隙率(0.56和0.59)对过滤器出口的质量流量影响较小;入口速度越大,进出口压差越大;孔隙率越大,进出口压差越小等规律。 展开更多
关键词 过滤器 多孔介质 有限元分析 孔隙率 质量流量 压差
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考虑节点刚度的预制混合梁框架抗侧刚度研究 认领
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作者 张锡治 赵冬 +1 位作者 李星乾 陈昆 《天津大学学报:自然科学与工程技术版》 EI 北大核心 2021年第3期228-236,共9页
基于边界条件为两端刚接的钢-混凝土预制混合梁,推导了考虑连接半刚性影响的预制混合梁刚度矩阵.当螺旋弹簧转动刚度趋于无穷大时,刚度矩阵将退化为两端刚接的预制混合梁单元刚度矩阵.通过引入无量纲参数p、δ对刚度矩阵进行简化处理.... 基于边界条件为两端刚接的钢-混凝土预制混合梁,推导了考虑连接半刚性影响的预制混合梁刚度矩阵.当螺旋弹簧转动刚度趋于无穷大时,刚度矩阵将退化为两端刚接的预制混合梁单元刚度矩阵.通过引入无量纲参数p、δ对刚度矩阵进行简化处理.其中预制混合梁刚度系数p介于0~1之间,其反映了预制混合梁的半刚性特性.当节点为铰接时,刚度系数p趋近于0;当节点为刚接时,刚度系数p趋近于1.对单层单跨框架结构抗侧刚度进行分析,研究了预制混合梁钢梁长度与总长度比α、钢梁与混凝土抗弯刚度比e、结构柱线刚度i和螺旋弹簧转动刚度k对抗侧刚度的影响.结果表明:框架节点转动刚度、预制混合梁长度比及抗弯刚度比、框架柱线刚度均对框架抗侧刚度具有较大影响.随着节点转动刚度增大,结构抗侧刚度显著增大.随着α减小或e、i增大,节点转动刚度的变化对抗侧刚度的影响增大,抗侧刚度将对节点刚度更敏感.同时,计算了一个三层预制混合梁框架结构在水平荷载作用下的侧移量,并与有限元模拟计算结果进行对比分析.结果表明:采用推导刚度矩阵计算的理论值与模拟值吻合较好,随着节点转动刚度的增大,框架侧移量与层间位移角逐渐减小,且各层侧移量与层间位移角之间的差距也不不断减少. 展开更多
关键词 钢-混凝土预制混合梁 半刚性连接 刚度矩阵 抗侧刚度 有限元分析
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提升机大厅层楼面的等效均布活荷载计算 认领
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作者 侯俊锋 李志洋 +1 位作者 苏三庆 王志杰 《济南大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2021年第1期80-85,共6页
为了确定大直径提升机楼面均布活荷载取值,根据板内分布弯矩等效的原则对提升机大厅层楼面活荷载进行等效均布换算,通过采用ANSYS有限元软件建立有限元模型,考虑提升机设备在常见单向板和双向板上的最不利布置情况,对不同尺寸的单向板... 为了确定大直径提升机楼面均布活荷载取值,根据板内分布弯矩等效的原则对提升机大厅层楼面活荷载进行等效均布换算,通过采用ANSYS有限元软件建立有限元模型,考虑提升机设备在常见单向板和双向板上的最不利布置情况,对不同尺寸的单向板和双向板的最大弯矩和等效均布活荷载进行计算,运用矩估计法和线性回归法对直径为4.5、5.0 m的提升机楼面均布活荷载标准值进行推断并对比2种方法。结果表明:提升机大厅层楼面等效活荷载值随着板跨的增大而减小;结合国家标准,建议采用在置信度为0.60、保证率为0.90时线性回归法推断出的30 kN/m 2作为直径为4.5、5.0 m的提升机大厅层楼面均布活荷载标准值,并对相关系数的取值提出建议。 展开更多
关键词 混凝土结构 等效均布活荷载 有限元分析
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超声电机的接触磨损和机械特性 认领
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作者 刘炯 纪跃波 《济南大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2021年第1期86-90,94,共6页
为了提高超声电机定子和转子接触性能,建立行波型超声电机有限元三维接触模型,通过在定子中性面施加行波运动方程,分析电机在空载和施加一定转矩工作时接触面质点沿径向滑移和周向滑移的大小,观察接触应力在接触面沿径向和周向分布情况... 为了提高超声电机定子和转子接触性能,建立行波型超声电机有限元三维接触模型,通过在定子中性面施加行波运动方程,分析电机在空载和施加一定转矩工作时接触面质点沿径向滑移和周向滑移的大小,观察接触应力在接触面沿径向和周向分布情况,并分析在接触面不同载荷时驱动区域和阻碍转动区域的分布,提出新型摩擦层结构。结果表明:空载时接触面滑移主要形式为径向滑移,随着载荷的增加,接触面周向滑移变大;空载时接触面定、转子摩擦损耗主要为径向磨损,转矩增大并且周向摩擦损耗变大,新型摩擦层使定子和转子接触传动区域沿径向均匀分布。 展开更多
关键词 超声电机 摩擦损耗 有限元分析 滑动距离
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液压支架活塞组合密封圈密封性能的有限元分析 认领
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作者 燕晓宇 《煤矿现代化》 2021年第1期199-203,共5页
文中将密封圈分别定义在静止(静密封)和直线运动(动密封)状态下,应用有限元数值分析的方法研究介质压力、压缩率、摩擦系数和密封副配合间隙等因素对密封体应力场的作用,从得到的最大接触应力、最大剪切应力和最大Von Mises应力等指标... 文中将密封圈分别定义在静止(静密封)和直线运动(动密封)状态下,应用有限元数值分析的方法研究介质压力、压缩率、摩擦系数和密封副配合间隙等因素对密封体应力场的作用,从得到的最大接触应力、最大剪切应力和最大Von Mises应力等指标来分析研究它们对密封性能的影响。根据分析结果选择影响因素的一组最优值摩擦系数μ=0.1、压缩率ε=8.5%、密封副配合间隙s=2mm,进行有限元分析对比。最后,对液压缸活塞组合密封圈进行结构优化,通过分析得到其最简单的结构尺寸。 展开更多
关键词 液压支架 密封圈 性能分析 有限元分析
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髋关节置换中短柄假体置入位置差别的力学分析 认领
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作者 李咏壑 王献抗 +3 位作者 孟昱 刘璐 张春秋 叶金铎 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第15期2394-2399,共6页
背景:近年来,全髋关节置换的应用使大多患者初期都获得了满意的疗效,但临床上全髋置换后的并发症仍然是困扰医生和患者的一大难题,假体置入位置的优良成为评估置换效果的重要方面。目的:探究短柄假体不同置入位置对全髋关节置换效果的影... 背景:近年来,全髋关节置换的应用使大多患者初期都获得了满意的疗效,但临床上全髋置换后的并发症仍然是困扰医生和患者的一大难题,假体置入位置的优良成为评估置换效果的重要方面。目的:探究短柄假体不同置入位置对全髋关节置换效果的影响,为临床手术实施提供启示。方法:利用人体动力学软件进行完整周期的步态仿真,获得髋关节的承力条件;模拟短柄假体不同置入位置,即人体力线位置以及内、外偏3°,5°位置,建立其相应的全髋关节置换三维有限元模型,分析不同全髋关节置换模型中股骨、短柄的应力变化以及聚乙烯内衬的应变变化情况。结果与结论:①步态下髋关节的关节力和角度随时间呈周期性变化,约1.17 s为一个周期,在0.4 s左右关节合力达到峰值约700 N;②无论内外偏角度的大小,股骨小转子下方以及底端外侧的应力值均高于人体力线位置时的应力,内偏比外偏对股骨应力的影响更大;③股骨短柄的最大拉压应力在人体力线位时均比内、外偏时的应力值低;④以人体力线位为参考,聚乙烯内衬的最大压应变在外偏3°时最小,为2198με;其他角度时的最大压应变均比人体力线位时大,其中内偏5°时最大达到了7348με,是人体力线时的2.08倍,此角度下会加剧内衬的磨损;⑤提示在全髋关节置换过程中,不同假体置入位置会对股骨、假体和内衬的力学环境产生很大影响,在术中应该尽量保证假体处在与人体力线重合的位置。 展开更多
关键词 短柄假体 全髋关节置换 步态仿真 人体力线 应力 有限元分析
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儿童下颈椎前路4种内固定模型的螺钉-骨抗拔出有限元分析 认领
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作者 曲星月 周建强 +3 位作者 徐雪彬 张少杰 李志军 王星 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2021年第18期2816-2821,共6页
背景:儿童下颈椎前路内固定临床已有应用,但儿童颈椎独特的发育形态、生理特征及力学变化与成人颈椎之间存在较大差异,临床上应用螺钉固定易发生松动、移位和拔出,需要对儿童不同种的螺钉内固定方式进行螺钉-骨抗拔出力实验分析。目的:... 背景:儿童下颈椎前路内固定临床已有应用,但儿童颈椎独特的发育形态、生理特征及力学变化与成人颈椎之间存在较大差异,临床上应用螺钉固定易发生松动、移位和拔出,需要对儿童不同种的螺钉内固定方式进行螺钉-骨抗拔出力实验分析。目的:运用有限元分析方法比较4种螺钉内固定系统在儿童下颈椎前路模型中螺钉抗拔出力的优越性。方法:采集6岁正常女童尸体标本(经家属知情同意)多层螺旋CT扫描的颈椎影像数据,利用Mimics 16.01、Pro/E 5.0、Geomagic Studio 2015、Hypermesh 14.0和Abaqus 6.14等软件构建出正常C4的三维有限元模型,在C4模型基础上建立颈前路双皮质椎弓根螺钉内固定(anterior cervical bicortical pedicle screw internal fixation,ACBS)、颈前路单皮质椎弓根螺钉内固定(anterior cervical single cortical pedicle screw internal fixation,ACSS)、颈前路椎体钉锁定螺钉内固定(anterior cervical vertebral screw internal fixation,ACVS)、颈前路Orion螺钉内固定(anterior cervical Orion screw internal fixation,ACOS)4种螺钉内固定模型,并对其螺钉抗拔出应力峰值及螺钉各部位应力值进行分析。结果与结论:①螺钉抗拔出应力峰由高至低依次为:ACBS组>ACSS组>ACVS组>ACOS组;②4种内固定模型螺钉拔出过程中,螺钉杆前部承受最大应力,应力向尖部传递过程中呈衰减趋势;③4种内固定模型中颈椎在椎体部位应力峰值最大,椎弓根内固定较单纯椎体内固定更具稳定性;④ACBS组中颈椎应力峰值及螺钉应力峰值均高于其他组,把持力更好;ACSS组颈椎应力峰值及螺钉应力峰值高于ACVS组、ACOS组,ACVS组与ACOS组无差异;⑤结果表明,双皮质椎弓根螺钉内固定在儿童颈前路内固定螺钉拔出力中更具有优越性。 展开更多
关键词 内固定 下颈椎内固定 椎弓根螺钉 骨-螺钉抗拔出力 有限元分析 儿童
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