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中国组织工程研究 2024年第33期28卷 5265-5269页

作者：高永昌付彦涛赵昕崔庆峰张志峰陈世斌长安大学工程机械学院公路养护装备国家工程实验室陕西省西安市710064 内蒙古医科大学第二附属医院关节外科内蒙古自治区呼和浩特市010030 大博医疗科技有限公司福建省厦门市361000

背景:股骨头缺血性坏死这一难治性骨科疾病严重影响患者的正常生活,受限于假体寿命与翻修的问题,临床建议年轻患者采取保髋治疗,在早期精准预测坏死区力学性能而后施加干预治疗是保髋的关键。目的:建立基于人体髋关节CT数据的包含髋骨... 详细信息

背景:股骨头缺血性坏死这一难治性骨科疾病严重影响患者的正常生活,受限于假体寿命与翻修的问题,临床建议年轻患者采取保髋治疗,在早期精准预测坏死区力学性能而后施加干预治疗是保髋的关键。目的:建立基于人体髋关节CT数据的包含髋骨和髋臼软骨的坏死股骨头有限元接触动力学模型,预测步行运动过程中不同坏死体积和坏死位置对坏死区域力学性能的影响。方法:采集志愿者髋关节CT影像学数据,重建了髋关节三维几何模型。基于Abaqus有限元软件建立股骨头坏死模型,构建了小、中、大体积坏死耦合坏死区域与力线重合、中度偏离和远离力线共9种不同坏死模型。预测在静态3000N载荷和一个ISO标准步行完整周期内不同坏死模型坏死区域的应力,对比评估坏死区域塌陷风险。结果与结论:①坏死体积增大和坏死区域靠近力线时坏死区内的最大等效应力显著增加,坏死区塌陷风险也随之增加;②对不同载荷类型,运动时相同坏死体积和坏死位置条件下的股骨头坏死区最大应力较静载作用下的最大应力显著提高;③表明运动过程中,步行运动使股骨头坏死区的最大等效应力较静载时显著增大,故局部塌陷风险会因为更大的局部应力而增大,但整体塌陷风险因承载区域动态变化较静载有所降低,在临床评估时骨科医生需考虑运动对力学性能的影响。

关键词：股骨头缺血性坏死步行运动有限元分析塌陷风险应力

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基于“动静结合”理论股骨头坏死塌陷风险的影像学和生物力学研究

基于“动静结合”理论股骨头坏死塌陷风险的影像学和生物力学研究

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作者：温明韬山东中医药大学

学位级别：硕士

目的:1.基于中日友好医院(China-Japan Friendship Hospital,CJFH)股骨头坏死分型,通过CT三维重建评估股骨头坏死(osteonecrosis of femoral head,ONFH)塌陷前期及塌陷初期患者的坏死区的体积及位置分布,一定程度上补充CJFH分型在单一... 详细信息

目的:1.基于中日友好医院(China-Japan Friendship Hospital,CJFH)股骨头坏死分型,通过CT三维重建评估股骨头坏死(osteonecrosis of femoral head,ONFH)塌陷前期及塌陷初期患者的坏死区的体积及位置分布,一定程度上补充CJFH分型在单一影像层面预测塌陷的缺陷,为后续生物力学研究中构造CJFH分型三维结构模型提供参考。2.基于中医学“动静结合”理论,结合有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)的方法,评估不同髋关节行为动作下同一CJFH分型和相同髋关节行为动作下不同CJFH分型的三维有限元模型发生股骨头坏死后塌陷的风险,探究CJFH分型和髋关节行为动作差异对坏死区产生的生物力学效果,指导ONFH保髋治疗,为临床诊疗决策提供参考。方法:1.利用Mimics 21.0软件重建ARCOⅡ期或ⅢA期ONFH患者的CT影像学数据,根据CJFH分型特点划分股骨头三柱结构,将股骨头按三柱结构分为3个分区,计算纳入研究患者的坏死区所占股骨头体积比及各分区坏死组织所占各自分区的体积比,观察坏死区在三柱结构中的分布情况。2.根据纳入标准及排除标准,选取1名健康志愿者的髋关节断层CT扫描数据,通过Mimics 21.0软件提取左侧髋关节的原始三维模型,经过Geomagic 2017软件进一步预处理后,以STL格式导入Solidworks2018软件基于CJFH分型特点设定各CJFH分型的三维模型,并利用配合操作按照三种不同髋关节行为动作的动作角度实现各模型零件的装配,得到装配好的运算模型,最终将装配好的模型在ANSYS 21.0软件中赋予各分型模型相同的材料参数和边界条件,经过载荷设定、运算前设置和划分网格后,通过计算分析得出的Von Mises应力和最大变形值评价载荷对坏死区和坏死后股骨产生的生物力学效果,评估各分型模型的坏死塌陷风险。结果:1.本次研究纳入ONFH患者的股骨头体积为(47531.41±7794.03)mm,坏死区体积为(18456.10±7487.92)mm,坏死区所占股骨头体积比为(38.83±16.17)%,坏死组织在外侧柱、中央柱、内侧柱所占的体积分别为(5782.10±2427.09)mm、(11347.62±5115.91)mm、(1326.38±1662.44)mm,坏死组织在在外侧柱、中央柱、内侧柱所占的体积比分别为(49.49±18.57)%、(44.91±20.21)%、(14.26±18.09)%,ONFH患者的坏死区多涉及股骨头外侧柱,其次是中央柱,内侧柱部分较少。2.有限元分析结果显示:(1)在相同的工况和髋关节行为动作下,坏死区的最大变形值均为M型塌陷的风险是高于其他分型的,尤其是坏死区穿透整个股骨头外侧、中央、内侧三柱皮质的患者发生坏死后塌陷的风险是最高的;(2)坏死后股骨的Von Mises应力云图显示:三种髋关节行为动作下,股骨Von Mises应力最大处均未处于股骨头关节面上的坏死区部分,而是处于股骨颈的内外缘附近,综合坏死区变形和Von Mises应力结果考虑,坏死区承受的最大Von Mises应力相较于坏死后股骨承受的最大Von Mises应力是较小的,但是其在较小的应力载荷下,便产生了股骨整体结构上最大的变形。提示股骨头软骨下骨在发生骨坏死后骨质的刚度和强度发生了较大变化,抗变形能力大大下降;(3)比较相同工况和CJFH分型下有限元模型变形和Von Mises应力,坏死区的最大变形值为站立位塌陷的风险为下蹲位>上楼梯>站立位。结论:1.通过CT三维重建的方法可以有效地反映坏死区在股骨头的位置结构和坏死区在股骨头三柱分区各区域的分布情况,一定程度上弥补了CJFH分型仅在单一层面上评估坏死区特点的不足。2.相同髋关节行为动作下,坏死区涉及外侧柱时,发生塌陷的风险较高;相同的CJFH分型,下蹲和上楼梯两种位置相较于站立位发生塌陷的风险较高,即大角度的屈髋动作是股骨头坏死后塌陷发生的高风险行为。本研究对股骨头坏死塌陷前期的意义在于:(1)基于CJFH分型的有限元分析结果说明,保证外侧柱完整性可以有效降低股骨头坏死后塌陷风险,保髋治疗应当围绕重建外侧柱有效支撑来展开。当坏死区涉及外侧柱时,发生坏死后塌陷的风险是较高的,需要更多的治疗手段干预。(2)坏死组织的生物学特性发生改变,骨质的强度和刚度相应降低,在较小的应力载荷下便可发生较大变形。在日常生活中应避免患髋的高强度负重,保证患髋的有效休息,建议患者应减轻体重,避免单足站立、跑跳等高强度动作增加患髋负担

关键词：股骨头坏死三维重建髋关节行为动作动静结合塌陷风险生物力学有限元分析

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煤矿区生态塌陷风险远程监测与实时报警系统设计

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现代电子技术 2020年第1期43卷 170-174页

作者：吴伟力中国矿业大学徐州工程学院数学与物理科学学院

传统系统采用定点式有线监控,受限于传输线路影响,导致煤矿区生态塌陷风险监测效率较低,为了避免人们生命安全受到威胁,设计远程监测与实时报警系统。在协同环境下分析不同层次关系,设计总体结构,为系统报警提供正确决策支持。采用TQ244... 详细信息

传统系统采用定点式有线监控,受限于传输线路影响,导致煤矿区生态塌陷风险监测效率较低,为了避免人们生命安全受到威胁,设计远程监测与实时报警系统。在协同环境下分析不同层次关系,设计总体结构,为系统报警提供正确决策支持。采用TQ2440开发板设计的LCD液晶显示接口电路具有25针2.0 mm和20针0.5 mm两种接口,能够接各种单色和彩色液晶屏。采用TLP521-3型号芯片作为信息采集器的主要芯片,可通过按钮连接信息通道,为监测装置提供数据。采用SIM900A型号的监测装置可通过UART端口发送监测指令,使用敏感重力加速度计求解地势信息,获取塌陷风险最大值,根据监控风险报警实施流程完成系统设计。由实验对比结果可知,该系统风险报警预测与实际报警误差保持在-0.01~0.03范围内,具有精准监测与报警效果,为煤矿区人们生命安全提供保障。

关键词：煤矿区生态塌陷风险远程监测实时报警协同环境实时数据库

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盾构施工人员人格倾向导致塌陷风险仿真分析

盾构施工人员人格倾向导致塌陷风险仿真分析

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作者：邓一品华中科技大学

学位级别：硕士

近年来,我国日益加大了盾构隧道建设力度。盾构施工现场所处环境十分复杂,塌陷、涌水等重大安全事故频发,我国盾构施工现场安全管理面临严峻挑战。本文主要探究了盾构施工人员人格倾向对塌陷风险的影响,为盾构施工人员选择提供参考。本... 详细信息

近年来,我国日益加大了盾构隧道建设力度。盾构施工现场所处环境十分复杂,塌陷、涌水等重大安全事故频发,我国盾构施工现场安全管理面临严峻挑战。本文主要探究了盾构施工人员人格倾向对塌陷风险的影响,为盾构施工人员选择提供参考。本文首先以武汉市地铁二号线某区间为背景,利用环境Agent进行建模和仿真,对施工过程进行了模拟。进一步对仿真结果进行分析,得到该工程背景下土体的扰动规律并对模型的可靠性进行了验证。其次,本文基于信号检测论对施工人员人格倾向进行了分析,以纵向加固范围为研究对象,设计仿真实验并利用已有仿真模型进行了仿真。对仿真结果进行分析,得到该工程背景下土体的扰动规律,进一步将信号检测论与土体扰动规律结合,探究了盾构施工人员格倾向对塌陷风险的影响,分析可得内倾盾构施工人员较之外倾施工人员,造成的塌陷风险更低。本文分析了盾构施工人员人格倾向对塌陷风险的影响,为盾构施工人员选择提供了参考,主动预防安全事故的发生,为我国盾构施工现场安全管理提供支持。

关键词：仿真建模多代理系统盾构施工塌陷风险人格倾向

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综合物探方法在霍邱某铁矿塌陷区调查中的应用

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能源技术与管理 2023年第2期48卷 150-152,190页

作者：薛小建贾慧涛徐子桥安徽省地球物理地球化学勘查技术院安徽合肥230022

利用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和微动联合探测的方法,对霍邱某铁矿塌陷区进行调查,给出了霍邱某铁矿测区内多条剖面的电性结构特征和视S波速变化特征;并根据地球物理场特征进行了研究分析,同时结合地质资料推断了塌陷空间分布位置... 详细信息

利用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)和微动联合探测的方法,对霍邱某铁矿塌陷区进行调查,给出了霍邱某铁矿测区内多条剖面的电性结构特征和视S波速变化特征;并根据地球物理场特征进行了研究分析,同时结合地质资料推断了塌陷空间分布位置、范围、标高和可能存在塌陷风险的位置。

关键词：地面塌陷综合物探地球物理场塌陷空间分布塌陷风险

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