【摘要】：研究目的研制一種“應變測量鋼板”系統(tǒng)可以實時、自動測量、記錄鋼板上各應變點在外力下所發(fā)生的應變,并通過“應變測量鋼板”在不同骨折愈合模型中測得應變的比較,探索一種骨折愈合評估新方法。研究方法1、研制“應變測量鋼板”:將電阻應變片粘貼于鎖定鋼板之上,并通過惠斯通電路將鋼板應變變化轉(zhuǎn)化成電壓信號,模數(shù)轉(zhuǎn)換器再將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,最后WiFi發(fā)送器將信號無線傳輸至電腦或手機終端軟件并顯示鋼板應變值。2、建立骨折愈合模型:模型狀態(tài)A模擬骨折完全愈合狀態(tài):在一根完整股骨上,選用鋼板橋接方法,將“應變測量鋼板”固定于股骨張力側(cè);模型狀態(tài)B模擬骨折愈合纖維連接狀態(tài):用線鋸在股骨中央鋸斷,然后復位骨折斷端,用同一塊“應變測量鋼板”在骨折斷端兩側(cè)原釘孔處繼續(xù)固定,使其與狀態(tài)A一致,骨折兩斷端間隙約1mm,在間隙中填充蠟模擬骨折愈合中的纖維組織;模型狀態(tài)C模擬粉碎骨折未愈合狀態(tài):在股骨中央位置用線鋸鋸除1cm骨段,用同一塊“應變測量鋼板”在骨折斷端兩側(cè)原釘孔處繼續(xù)固定,維持骨折兩斷端位置和力線,使其與狀態(tài)A一致,兩斷端間隙約為1cm。3、生物力學實驗:12根狀態(tài)A下的新鮮山羊股骨,隨機抽取一個樣本,分別用三種不同螺釘固定方式,依次在狀態(tài)A、B、C下進行軸向壓縮實驗和三點彎曲實驗。用重復方差分析比較三種不同螺釘固定方式下鋼板應變點測得應變值以確定“應變測量鋼板”螺釘固定方式;用重復方差分析比較同一鋼板4個不同位置應變點應變值以確定“應變測量鋼板”應力分布;用Spearman等級相關(guān)分析確定各應變點應變與所受壓縮或彎曲負載相關(guān)關(guān)系確定實驗負載;用重復方差分析比較A、B、C三種狀態(tài)下鋼板軸向位移、撓度及各應變點應變來驗證鋼板應變對骨折愈合模型的評估。結(jié)果1、三種螺釘固定方式的應變比較:三種狀態(tài)下,在軸向壓縮實驗和三點彎曲實驗中,第二種螺釘固定方式鋼板應變點應變明顯小于第一、三種螺釘固定方式鋼板應變點應變,p0.05。2、各應變點應變與負載關(guān)系及應變點間應變比較:在A、B、C三種狀態(tài)軸向壓縮實驗和三點彎曲實驗中,各應變點應變與負載呈高度正相關(guān),r_s均大于0.8,p0.05。在A、B、C三種狀態(tài)時對在軸向壓縮(240N)和三點彎曲(120N)生物力學實驗下,應變點1、2應變均明顯大于應變點3、4應變,p0.05。3、骨折愈合三種狀態(tài)間形變及應變比較:在軸向壓縮實驗(240N)和三點彎曲實驗(120N)中,鋼板-骨骼系統(tǒng)軸向位移及撓度在A、B、C三種狀態(tài)下進行比較有明顯差異,狀態(tài)A狀態(tài)B狀態(tài)C,p0.05;鋼板各應變點應變在A、B、C三種狀態(tài)下進行比較有明顯差異,狀態(tài)A狀態(tài)B狀態(tài)C,p0.05。結(jié)論1、利用“大跨度、少螺釘”的固定原則固定鋼板,可以有效降低鋼板的應變,增強鋼板抵抗變形的能力。2、“應變測量鋼板”的應力分布主要集中在釘孔旁,當鋼板在承受三點彎曲力時,其應力主要集中在骨折斷端釘孔旁。3、“應變測量鋼板”系統(tǒng)通過測得應變點應變可以有效評估骨折愈合模型的愈合程度,為日后臨床上評估骨折愈合、指導患者定量地進行功能鍛煉、預警鋼板斷裂和螺釘松動等帶來了新的希望。
【學位授予單位】：中國人民解放軍海軍軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R687.3
【圖文】：

圖 1 應變片工作原理示意圖，b 釘孔，c 應變片，應變片 c 隨著鋼板粘貼位點的形變發(fā)生相應）信號輸出和信號接收設計斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化為電壓信號（如圖 2），輸出電壓與4×ΔR/R×E②（e：輸出電壓；E：輸入電壓；R：應變片初始電所引起的電阻變化值），鋼板的機械形變量就這樣被轉(zhuǎn)換成電通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過 WiFi 發(fā)送裝置無線傳等終端上。最后由編程程序根據(jù)公式①和②推導得到應變計顯示應變結(jié)果。WiFi 發(fā)送裝置可以將信號無線傳輸，不需要對患者生活的影響。選擇在電腦、手機、手表中的一個或多個、顯示程序，可以使患者隨時隨地了解測量結(jié)果。

圖 1 應變片工作原理示意圖a 鋼板，b 釘孔，c 應變片，應變片 c 隨著鋼板粘貼位點的形變發(fā)生相應形變。（四）信號輸出和信號接收設計通過惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化為電壓信號（如圖 2），輸出電壓與電阻變化公式 e=1/4×ΔR/R×E②（e：輸出電壓；E：輸入電壓；R：應變片初始電阻值；ΔR長或縮短所引起的電阻變化值），鋼板的機械形變量就這樣被轉(zhuǎn)換成電壓變化信壓信號再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過 WiFi 發(fā)送裝置無線傳輸至電腦機、手表等終端上。最后由編程程序根據(jù)公式①和②推導得到應變計算公式4e/EK，并顯示應變結(jié)果。WiFi 發(fā)送裝置可以將信號無線傳輸，不需要有線連接，降低了對患者生活的影響。選擇在電腦、手機、手表中的一個或多個終端上編收、分析、顯示程序，可以使患者隨時隨地了解測量結(jié)果。

【參考文獻】

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本文編號：2723211