检索结果-内蒙古大学图书馆

医用生物力学 2025年第1期40卷 86-92页

作者：范若寻王溢童苗前程胡辰贾政斌扬州工业职业技术学院江苏省汽车轻量化工程技术研究开发中心江苏扬州225127 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191

目的探究适合模拟中空皮质骨结构在拉伸与压缩断裂模式下的失效准则。方法根据前期压缩与弯曲实验数据,结合断裂仿真,对比不同失效准则模拟结果,确定模拟准确度。结果压缩载荷下,应用主应变与不变量应变失效准则模拟断裂载荷与实验... 详细信息

目的探究适合模拟中空皮质骨结构在拉伸与压缩断裂模式下的失效准则。方法根据前期压缩与弯曲实验数据,结合断裂仿真,对比不同失效准则模拟结果,确定模拟准确度。结果压缩载荷下,应用主应变与不变量应变失效准则模拟断裂载荷与实验数值差异小于5%,同时断裂模式也与实验相符,说明两种失效准则可准确预测皮质骨压缩断裂;弯曲载荷下,应用等效应变与不变量应变失效准则模拟皮质骨断裂载荷与实验数值差异小于5%,且断裂模式也与实验相符,说明两种失效准则可准确预测弯曲断裂。结论不同失效准则模拟的准确程度主要取决于应变增速是否符合当前载荷环境下骨单元变形实际情况,应变增速过快或过缓会导致结构提前或滞后断裂。断裂模拟方法能够适应多数部位与形状的皮质骨结构,可广泛应用于探究不同载荷环境下的适合失效准则,从而协助获取各部位皮质骨强度极限,为临床中提高骨断裂预测精度与掌握骨折发生条件提供数据支撑。

关键词：失效准则皮质骨压缩三点弯曲断裂模拟精度

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基于超声共振谱的坐骨神经离断术后兔皮质骨细观力学特性测量

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医用生物力学 2025年

作者：王月王蕊沈飞牛海军樊璠北京航空航天大学生物与医学工程学院北京友谊医院放射科

目的结合动物造模和超声共振谱测量技术，探索坐骨神经离断对皮质骨细观力学特性的影响。方法对5只新西兰大白兔进行单侧坐骨神经离断手术，并于术后第4周分别获取了术侧和正常侧胫骨皮质骨样本；在横观各向同性条件下，采用非规则超... 详细信息

目的结合动物造模和超声共振谱测量技术，探索坐骨神经离断对皮质骨细观力学特性的影响。方法对5只新西兰大白兔进行单侧坐骨神经离断手术，并于术后第4周分别获取了术侧和正常侧胫骨皮质骨样本；在横观各向同性条件下，采用非规则超声共振谱技术获取骨样本的多个弹性常数(C11、C12、C13、C33和C44)、工程力学参数和各向异性比，并采用配对t检验方法评估两侧皮质骨力学特性的差异。结果与正常侧相比较，术侧皮质骨组织在不同方向上的弹性常数(C11、C12、C13和C33)均呈下降趋势，下降幅度为8.49%～32.23%，轴向弹性模量(E3)和泊松比(v31)分别减小5.85%和24.07%，但各向异性性质无明显变化。结论采用坐骨神经离断方式进行皮质骨废用造模方法可行。该方法可以显著改变皮质骨的细观力学特性，弹性常数可以更全面反映皮质骨力学性质的变化。

关键词：坐骨神经离断皮质骨弹性常数超声共振谱动物造模废用

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皮质骨断裂力学行为的实验研究

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力学学报 2010年第6期42卷 1164-1171页

作者：安兵兵李凯张东升上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海200444

采用稳态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展的实验,研究了牛皮质骨横向和纵向裂纹扩展的断裂力学行为.沿着两个方向制备了紧凑拉伸(CT)试件.由于试件尺寸的限制,采用数值计算方法确定了裂纹尖端应力强度因子与裂纹长度的关系.在实验中,采用数字图... 详细信息

采用稳态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展的实验,研究了牛皮质骨横向和纵向裂纹扩展的断裂力学行为.沿着两个方向制备了紧凑拉伸(CT)试件.由于试件尺寸的限制,采用数值计算方法确定了裂纹尖端应力强度因子与裂纹长度的关系.在实验中,采用数字图像相关法精确测定裂纹尖端的位置.由于裂纹沿横向扩展时有较大的偏斜,将采用J积分测量其断裂韧性.实验结果表明,在裂纹扩展的一定范围内,皮质骨的断裂韧度随着裂纹不断扩展而增大,即表现出上升的阻力曲线(R-curve)性质.而皮质骨的横向裂纹扩展的断裂韧度要远远大于纵向裂纹扩展的断裂韧度,表现出各向异性的阻力曲线行为.在疲劳裂纹扩展中,纵向疲劳裂纹扩展率要大于横向疲劳裂纹扩展率,这说明皮质骨具有各向异性的疲劳裂纹扩展性质.

关键词：皮质骨断裂韧度疲劳裂纹扩展速率各向异性

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基于相位迁移的超声平面波多层皮质骨成像

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物理学报 2023年第15期72卷 127-136页

作者：张芸芸李义方石勤振许乐修戴菲邢文宇他得安复旦大学信息科学与工程学院生物医学工程中心上海200438 复旦大学工程与应用技术研究院上海200438

皮质骨是一种高衰减、各向异性、高声阻抗的多层生物组织.其结构和材料特性导致高频超声难以穿透其多层结构,从而获取高质量图像.传统超声动态聚焦成像以均匀声速假设为前提,且受制于发射能量和帧率,难以实现多层结构的准确、快速重建,... 详细信息

皮质骨是一种高衰减、各向异性、高声阻抗的多层生物组织.其结构和材料特性导致高频超声难以穿透其多层结构,从而获取高质量图像.传统超声动态聚焦成像以均匀声速假设为前提,且受制于发射能量和帧率,难以实现多层结构的准确、快速重建,限制其临床应用的推广.针对以上问题,本文提出一种基于相位迁移的平面波骨成像方法(PSM-PW-VI),实现了皮质骨多层结构的精确和快速重建.首先利用超声走时反演估计成像区域的声速分布;然后应用频域相位迁移平面波相干复合方法并行重建上下两个相控阵探头对应的超声图像;最后将两幅图像融合得到完整的皮质骨超声图像.仿真、仿体、离体实验共同验证了该方法的有效性.无论是三层还是五层模型的皮质骨,其厚度的平均误差均小于0.2 mm,相对误差小于7%.此外,与基于相位迁移合成孔径(PSM-SA)方法相比,在相同的工作频率下,该方法具有更深的成像深度和更快的成像速度.实验结果表明,该方法是一种准确高效的皮质骨超声成像方法,对超声骨成像技术的发展和临床研究具有一定的借鉴意义.

关键词：平面波成像皮质骨多层介质频域

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磨料水射流切削皮质骨断面形貌特征研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 64-70页

作者：杨焘赵韡祝锡晶陈俊伟潘浩宇中北大学机械工程学院山西太原030051 山西省先进制造技术重点实验室山西太原030051 山西航天清华装备有限责任公司山西长治046000

为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征.实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依... 详细信息

为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征.实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依据表面粗糙度数值将断面分为初始区、光滑区、粗糙区3部分.当使用磨料为氯化钠,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.74倍和1.70倍.当使用磨料为石榴石,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.41倍和1.55倍.切削过程中断面形成大量微米级划痕,对比氯化钠、石榴石2种磨料对断面划痕特征的影响,与石榴石相比,当使用磨料为氯化钠时,皮质骨切削断面划痕尺寸偏大,长度、宽度值跨度相近,划痕深度值跨度较大.

关键词：水射流磨料皮质骨表面粗糙度微观形貌

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皮质骨微观能量释放率与大鼠月龄关系

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医用生物力学 2024年第4期39卷 631-636页

作者：黄丽萍王溢童胡辰吴华杰贾政斌范若寻扬州工业职业技术学院汽车轻量化工程技术研究开发中心江苏扬州225127 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025 吉林化工学院航空工程学院吉林吉林132022

目的预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率,探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系。方法依托前期实验数据,结合皮质骨断裂模拟数值方法,对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式,反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率。... 详细信息

目的预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率,探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系。方法依托前期实验数据,结合皮质骨断裂模拟数值方法,对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式,反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率。结果经预测得到1、3、5、7、9、11、15月龄大鼠股骨皮质骨微观能量释放率分别处于0.08~0.12、0.12~0.14、0.15~0.19、0.25~0.28、0.23~0.25、0.19~0.22、0.13~0.16 N/mm。结论微观能量释放率随月龄增长而下降导致失效载荷降低,说明微观能量释放率是决定骨折发生的主要因素之一,但断裂时刻却未观察到明显下降,说明微观能量释放率与结构断裂时刻未呈线性正比关系。研究结果能够从临床层面协助解释皮质骨的骨折发生机制。

关键词：微观能量释放率皮质骨压缩断裂月龄

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皮质骨弯曲疲劳损伤演化的实验研究

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应用力学学报 2021年第5期38卷 1761-1767页

作者：任二明曲传咏天津大学机械工程学院力学系天津300350 天津市现代工程力学重点实验室天津300350

骨是人体重要的承重器官,其在日常生活中会受到疲劳载荷的作用引发疲劳损伤,严重的会引发骨折,因此骨的疲劳损伤机理对临床医学和生物材料及生物力学领域都有重要的研究价值。本文通过干制牛皮质骨的弯曲疲劳试验研究骨力学性能的演化规... 详细信息

骨是人体重要的承重器官,其在日常生活中会受到疲劳载荷的作用引发疲劳损伤,严重的会引发骨折,因此骨的疲劳损伤机理对临床医学和生物材料及生物力学领域都有重要的研究价值。本文通过干制牛皮质骨的弯曲疲劳试验研究骨力学性能的演化规律,通过骨中性轴的偏移来定量表征此过程中损伤量的大小。通过弯曲疲劳实验,得到了骨的S-N曲线,然后利用数字散斑技术测量了四点弯曲条件下骨中性轴的偏移与疲劳的关系。实验结果发现疲劳前期,骨中性轴的偏移量先快速上升(移向受压一侧),然后趋于平缓或缓慢上升,直至断裂,在断裂之前中性轴的偏移量无明显变化;并且骨中性轴的偏移和应力呈正相关。最后进行了三点弯曲疲劳加载实验,比较了加载方式不同对骨疲劳性能演化的影响。相关结果有助于深入了解骨损伤力学性能,更好地理解骨的损伤机理,从而为医疗技术提供更好的技术支持。

关键词：皮质骨骨疲劳损伤数字散斑技术弯曲实验中性轴

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时频方法分析长骨中的超声导波及皮质骨厚度

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声学学报 2009年第5期34卷 416-422页

作者：罗春苟他得安李维王威琪复旦大学电子工程系上海200433

超声导波在长骨中传播时,接收信号中含有相互叠加的多个导波模式。本文提出将希尔伯特-黄变换(HHT)用于分析叠加的多模式导波信号,将其分解成许多单个独立的模式,然后对分解出的模式求得其对应频率下的群速度,并与短时傅里叶变换所得的... 详细信息

超声导波在长骨中传播时,接收信号中含有相互叠加的多个导波模式。本文提出将希尔伯特-黄变换(HHT)用于分析叠加的多模式导波信号,将其分解成许多单个独立的模式,然后对分解出的模式求得其对应频率下的群速度,并与短时傅里叶变换所得的结果进行比较。通过与理论计算结果比较,可得到长骨皮质骨的厚度。研究结果表明,实验得到的厚度与实际厚度一致。说明通过测量导波模式的速度可以评价皮质骨的厚度,也说明HHT方法是一种识别叠加多模式导波信号的有效方法。

关键词：超声导波皮质骨厚度长骨希尔伯特-黄变换短时傅里叶变换时频接收信号

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微波高温处理的人皮质骨生物力学性质的研究

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中国生物医学工程学报 2004年第1期23卷 15-20页

作者：叶军徐可为蔡和平朱蕊花范清宇唐农轩张明华西安交通大学材料科学与工程学院西安712232 第四军医大学唐都医院骨科西安710038

目的 :明确微波高温处理的人皮质骨生物力学性质的变化 ,为预防微波介入式高温治疗的骨肿瘤患者病理骨折提供理论依据。方法 :微波高温加热人皮质骨 ,制备力学试样。进行静态拉伸、静态压缩试验。测定强度极限、断裂功 ,延伸率。结果 :... 详细信息

目的 :明确微波高温处理的人皮质骨生物力学性质的变化 ,为预防微波介入式高温治疗的骨肿瘤患者病理骨折提供理论依据。方法 :微波高温加热人皮质骨 ,制备力学试样。进行静态拉伸、静态压缩试验。测定强度极限、断裂功 ,延伸率。结果 :微波高温处理 80℃ ,持续 30min ,皮质骨密度下降 5 .5 1%。在加载应变率为 0 .8～1.6× 10 -4s-1条件下 ,进行静力学试验。微波高温处理人皮质骨静拉伸强度无明显下降 ,压缩强度比正常皮质骨提高约 2 3%。显微硬度比正常湿润皮质骨提高 4 6 %。延伸率下降 4 3.2 % ,断裂功下降。结论 :微波高温损害了皮质骨的韧塑性 ,使骨组织脆性增加 ,易突发断裂。

关键词：皮质骨微波高温热疗生物力学病理骨折

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皮质骨试样制备及其材料参数识别方法研究

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中国生物医学工程学报 2017年第1期36卷 75-82页

作者：张冠军邓先攀杨洁翟乃川邓小朋曹立波湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

有限元方法已经成为损伤生物力学研究的重要手段,准确的皮质骨材料本构参数对研究人体冲击损伤和人工骨骼等医学问题具有重要意义。基于长骨皮质骨的生理结构,提出批量制备高精度规则试样的加工方法,并开展准静态三点弯曲试验;采用基于... 详细信息

有限元方法已经成为损伤生物力学研究的重要手段,准确的皮质骨材料本构参数对研究人体冲击损伤和人工骨骼等医学问题具有重要意义。基于长骨皮质骨的生理结构,提出批量制备高精度规则试样的加工方法,并开展准静态三点弯曲试验;采用基于梁理论和基于特定样本有限元模型优化反求两种方法,研究皮质骨材料的各向异性和区域差异,并通过线性回归分析建立两种识别方法所得材料参数的回归模型。制备横向和轴向试样各16个,所提出的试样制备方法能够保证试样间的尺寸偏差不超过4%,基于梁理论方法求得的新鲜牛股骨皮质骨轴向和横向试样的杨氏模量分别为(21.70±3.33)GPa和(14.47±2.10)GPa,极限应力分别为(249.21±38.83)MPa和(106.81±21.05)MPa,极限应变分别为1.95%±0.35%和1.06%±0.20%,与文献结果吻合。对利用优化方法和梁理论方法求得的杨氏模量、屈服应力和有效塑性应变进行线性回归分析,回归模型拟合精度分别为96.4%、98.7%和89.3%(P<0.05)。研究结果表明,所提出的试样制备方法能够高效地加工尺寸精度较高的规则试样,并良好地保持试样的生物力学特性。在皮质骨准静态三点弯曲试验中,基于特定样本有限元模型的材料参数反求方法能够识别更准确的材料本构参数,而基于梁理论识别参数的回归模型则能够快速准确地预测皮质骨的弹性模量、屈服应力和有效塑性应变。

关键词：皮质骨材料参数优化线性回归损伤生物力学

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