發(fā)布時(shí)間：2017-12-01 17:30

  本文關(guān)鍵詞：整體免荷型膝關(guān)節(jié)矯形器設(shè)計(jì)

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【摘要】：膝關(guān)節(jié)是全身最主要的承重關(guān)節(jié)，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)期負(fù)重且運(yùn)動(dòng)量大，是下肢活動(dòng)的樞紐。因此，其傷病率也位居所有關(guān)節(jié)之首。其中，最為常見(jiàn)的病癥之一就是骨性關(guān)節(jié)炎，長(zhǎng)期和增大的關(guān)節(jié)負(fù)載是其致病的主要外因。同時(shí)，膝關(guān)節(jié)軟骨磨損、半月板損傷等也是膝關(guān)節(jié)的常見(jiàn)病癥，它們的發(fā)生惡化都與關(guān)節(jié)負(fù)載相關(guān)。而膝關(guān)節(jié)免荷矯形器通過(guò)矯正力線，重新分配關(guān)節(jié)負(fù)荷成為治療這些關(guān)節(jié)疾病，減輕患者疼痛，恢復(fù)其活動(dòng)能力的重要手段。 本文首先介紹了矯形器的分類、功能、材料、生物力學(xué)原理、設(shè)計(jì)原則、發(fā)展趨勢(shì)、使用人群心理以及可能出現(xiàn)的副作用。 其次，以“免荷”為中心，，在描述膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)特征、下肢承力機(jī)制的基礎(chǔ)上，分析了關(guān)節(jié)負(fù)荷在膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，半月板、軟骨損傷中的角色和作用原理。并據(jù)此，從生物力學(xué)的免荷角度，闡述了相應(yīng)的治療方案如減肥、加強(qiáng)下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、改變運(yùn)動(dòng)方式、應(yīng)用矯形或助力器械。 再次，本文通過(guò)分析現(xiàn)有膝關(guān)節(jié)免荷矯形器的作用機(jī)制和局限性，提出了新的整體免荷思路：通過(guò)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，將膝關(guān)節(jié)以上的部分負(fù)載直接傳遞給膝關(guān)節(jié)以下部分，由機(jī)構(gòu)和膝關(guān)節(jié)共同承擔(dān)載荷實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的整體免荷。并根據(jù)此思路，設(shè)計(jì)了六種機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案，均可將膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成大腿托的直線運(yùn)動(dòng)，使免荷成為可能。同時(shí)，對(duì)這六種方案分別進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)和力學(xué)分析，比較其優(yōu)劣，并對(duì)最終的方案進(jìn)行了矯形器結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 最后，為了驗(yàn)證新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的免荷作用，并基于原理安全性考慮，本文詳細(xì)分析了機(jī)構(gòu)對(duì)膝關(guān)節(jié)作用，包括機(jī)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)力線的限制和保護(hù)；大腿托作用下，大腿的受力情況；膝關(guān)節(jié)瞬心與機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心差異對(duì)下肢屈伸的影響等。并且，通過(guò)建立下肢與機(jī)構(gòu)的生物力學(xué)模型，對(duì)新免荷機(jī)構(gòu)作用下膝關(guān)節(jié)伸展進(jìn)行力學(xué)分析，文章證明了機(jī)構(gòu)對(duì)膝關(guān)節(jié)接觸力的減免作用以及指出了膝關(guān)節(jié)整體免荷方案在免載能力和人體代償間存在的矛盾，因此，其應(yīng)用需要尋求兩者之間尋求平衡。同時(shí)，本文設(shè)計(jì)了生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，建立了大腿托與皮膚的壓力，阻力和皮膚變形滑移之間的關(guān)系，求得其阻尼特性以及膝關(guān)節(jié)需要克服機(jī)構(gòu)的阻力矩和額外付出的能量。通過(guò)以上理論與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)分析，驗(yàn)證了整體免荷型膝關(guān)節(jié)矯形器的有效性，同時(shí)，也初步評(píng)價(jià)了機(jī)構(gòu)的安全性以及對(duì)人體的影響。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R318.17

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本文編號(hào)：1241908