国内外对生物力学性能实验的研究毕业论文

国外对生物力学性能实验的研究毕业论文

目录

第一章绪论 (1)

1．1引言 (1)

1.2骨折固定接骨板的国外研究现状 (1)

1.2.1国外研究现状 (1)

1.2.2国研究现状 (2)

1.3骨生物力学有限元仿真的研究现状 (2)

1.3.1国外研究现状 (2)

1.3.2国研究现状 (3)

1.4骨生物力学性能实验的国外研究现状 (3)

1.4.1骨生物力学性能实验的国外研究现状 (3)

1.4.2骨生物力学性能实验的国研究现状 (4)

1.5论文的研究目的、容及章节安排 (4)

1.5.1研究目的 (4)

1.5.2研究容 (4)

1.5.3章节安排 (4)

1.6本章小结 (5)

第二章股骨及相关附属结构的简介 (6)

2.1股骨的解剖结构 (6)

2.2股骨的附属结构 (7)

2.2.1膝关节的解剖结构分析 (7)

2.2.2髋关节的解剖结构分析 (8)

2.3股骨干骨折类型 (8)

2.4骨折愈合机制 (9)

2.5本章小结 (9)

第三章股骨干骨折系统模型建立及有限元分析 (11)

3.1有限元分析的前提 (11)

3.2股骨三维模型的建立 (11)

3.2.1反求工程的概念 (11)

3.2.2股骨模型的建立 (13)

3.2.3钛合金接骨板、骨钉模型的建立及与股骨的装配 (17)

3.2.4在ANSYS软件建立股骨骨折系统模型 (17)

3.3固定接骨板系统的有限元分析 (18)

3.3.1定义单元类型和材料属性 (18)

3.3.2 划分网格 (19)

3.3.4加载方式 (21)

3.3.5计算求解 (21)

3.3.6 后处理 (21)

3.3.7有限元分析结果整理 (29)

3.3.8 结果分析 (30)

3.4 本章小结 (31)

第四章股骨愈合的力学实验 (32)

4.1电测法的简介 (32)

4.1.1电测法的基本概述 (32)

4.1.2电测法的特点 (32)

4.2电测法在骨生物力学的应用 (32)

4.3骨愈合力学实验 (33)

4.3.1实验设计 (33)

4.3.2实验数据统计 (34)

4.4对应有限元分析模型的建立 (35)

4.5本章小结 (36)

第五章股骨有限元分析结果与实验结果的对照 (37)

5.1实验数据整理 (37)

5.2实验数据与有限元分析数据的比较 (38)

5.3本章小结 (40)

第六章结论与展望 (41)

6.1 结论 (41)

6.2展望 (41)

参考文献 (42)

致谢 (43)

第一章绪论

1．1引言

生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。生物固体力学是利用材料力学、弹塑性理论、断裂力学的基本理论和方法，研究生物组织和器官中与之相关的力学问题。在近似分析中，人与动物骨头的压缩、拉伸、断裂的强度理论及其状态参数都可应用材料力学的标准公式。但是，无论在形态还是力学性质上，骨头都是各向异性的。

20世纪70年代以来，对骨骼的力学性质已有许多理论与实践研究，如组合杆假设，二相假设等，有限元法、断裂力学以及应力套方法和先测弹力法等检测技术都已应用于骨力学研究。骨是一种复合材料，它的强度不仅与骨的构造也与材料本身相关。骨是骨胶原纤维和无机晶体的组合物，骨板由纵向纤维和环向纤维构成，骨质中的无机晶体使骨强度大大提高。体现了骨以最少的结构材料来承受最大外力的功能适应性。

股骨骨折是属于骨生物力学的一个重要研究课题,骨生物力学也是生物力学的一个重要分支。随着人们对股骨骨折研究工作的不断开展，骨力学性能的探究由最初使用的实验手段逐渐倾向于现代的有限元分析法。这主要是因为实验在人体体是无法进行的，近年来有限元分析法的飞速发展为进行骨力学探究开辟了一条新的思路。

本研究将利用逆向工程技术通过CT扫描的图像，应用MIMICS软件对扫描图像进行处理，建立股骨模型，将股骨模型导入三维CAD软件Pro/E,按照特定基准进行装配，完成股骨固定系统模型的建立。有限元分析及基于原模型的改进设计，建立股骨近端固定系统生物动力学模型分析框架，利用ANSYS分析模型受力获取了股骨骨折系统在各种加载条件下，各个部件的应力应变情况。

1.2骨折固定接骨板的国外研究现状

1.2.1国外研究现状

1958 年由穆勒等15名瑞士外科医生发起成立了固定研究会，简称ASIF 或AO。自AO 成立之日起为骨科固定做出了不可替代的贡献，半个世纪以来随着固定接骨板技术的发展与普及，现已形成一个从原则、理论、方法到设备和器材的完整体系，成为当今骨折治疗领域中的经典手段之一。

AO学派继承了达尼斯等学者的固定思想和骨折一期愈合理论，倡导和推进骨折固定治的

疗与研究，提出了著名的AO四原则，包括了坚强固定、解剖复位、无创外科技术、术后早期无痛活动。这四个原则几乎成为了从事骨科临床治疗工作的医生的应掌握的首要治疗原则。

从上个世纪90年代初期，AO学者戈博、帕尔马尔等提出了关于生物学固定的新的概念，不破坏骨的生长发育的正常生理环境。强调骨折治疗要重视

骨的生物学特性，也反映出BO新概念的核心。

1.2.2国研究现状

在国，近年来研究固定接骨板的学者和专家越来越多。一些学者研制了一种锥状点式接触钢板是为了达到减少骨皮质血供受损目的在普通接骨板的底面焊接锥状突起；玉峰等设计的复合动力点接触接骨板经过生物力学测试，显示出的弯扭强度与DCP板基本相似。许多医学工作者在我国传统医学的基础上结合国外动力加压接骨板的优点，设计出多种接骨板系统包括角翼自动加压钢板、非等强度自动加压钢板、槽状带齿自动加压钢板、梯型自动加压钢板等。第三军医大学的熊雁等结合了AO研究进展中接骨板的所有优点设计出了点接触锁定加压接骨板(PC-LCP)，其设计出的接骨板就是为了进一步保护骨折端及骨皮质血运，提供骨折愈合的最佳生物学环境，并且为了让充分保护了骨皮质及骨折区域的血供该设计避免了接骨板与骨面之间不必要的接触。

随着科学技术的飞速发展，大量创新理论被实践所证实，尤其是骨折愈合得到了重新认识与审视，骨科固定治疗体系即将迎来另一个飞速发展的时期。如今国研制出综合了AO、BO 的理论并且加入自己的独到观点的天鹅型记忆接骨器，研制出了利用了镍钛形状记忆合金的奥马金相可逆性的记忆合金接骨器，不仅已经应用于临床，并且效果十分良好。

1.3骨生物力学有限元仿真的研究现状

1.3.1国外研究现状

自1943年库朗首创了有限元法，有限元法已应用到了很多领域。在1972年Rybicki和Brekelmans首次在骨生物力学中应用有限元法，随着计算机应用的普及，有限元对骨生物力学的研究起重大作用，在其中占领主导地位，主要应用于外固定系统的研究、各种人工假体的设计及优化，及骨系统的应力分析。研究人体椎间盘、周围韧带、关节软骨的生物力学特性；测试评价人工关节置换的效果。利用有限元法得到的计算结果应需要与体或体外实验进行比较，有些情况需要结合动物、临床实践进行比较分析。现今的有限元模型不仅能逼真地模拟各种骨骼、椎间盘，还能将周围的软组织加入模型，使其更加逼真形象，为人类未来的医学事业做出更大贡献。

历史上，在骨科生物力学与生物材料两方面, 焦点先放于股骨。全髋关节置换术是一个