人工磁悬浮关节.研究中的磁力计算

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1、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名(手写)：降戾产签字日期：沙以年f1月舛日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许

2、论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名(手写)：P东斥了厂士导师签名(手写)：伤f文桷签字日期：hD2年fz月24日签字日期：o占年Iz月2中日第1章绪论1．1课题的来源与意义此论文研究源自于南昌大学学科交叉基金项目“仿生人工关节的力学行为与临床基础研究

3、"项目的编号为：Z03722。人体的骨、关节与周边的软骨，以及肌肉、韧带等软组织共同构成一个完美的生物力学系统。关节是人体承受载荷最大的生物摩擦副，关节中的软骨磨损会导致骨关节炎病。据调查，我国骨关节炎患者达3600"4000万，其中100"-150万患者需要实施人工关节置换手术Ⅲ，以显著改善患者的生命质量。瑞士Sulzer眩整形外科公司的数据也表明，全球每年有110万髋关节植入。目前在临床上获得成功应用的人工关节主要包括髋关节、膝关节、踝关节、肘关节、腕关节和肩关节等。人工关节的生物摩擦学行为对置换关节的要求很高。以

4、髋关节为例，其在体内每年承受约100--一300万次循环的体重负荷，一般要求置换于人体内的人工关节服役寿命达到10"-20年。承重人工关节的体内松动是主要的失效模式，失效率约为10％，松动失效的主要原因是人工关节在体内发生磨损B]；磨损每年产生约500万颗磨损颗粒，这些磨粒在植入物与肌肉界面的聚集，导致生物对异体的反应，诱发相应数量的细胞吞噬这些颗粒，变异的细胞将导致骨溶解，同时使原先紧密结合的“假体．骨”系统发生松动，最终导致治疗失败H]。另外，人工关节在体内磨损产生的磨损颗粒可能产生毒性或发生免疫反应、引发骨吸收和

5、无菌松动、发生变态反应、导致局部形成肿瘤等，变异的细胞产生大量分泌物，它将给人体带来更大的伤害，这就是广为人知的“磨粒病’’b3。人工关节在人体内的过快磨损及磨损颗粒引发的“磨粒病"仍然是影响人工关节置换寿命的难题，要克服这些困难需要力学(润滑、机械摩擦磨损)与生物医学工程的交叉研究。本文旨在通过对人体膝关节和人工膝关节的受力、变形以及摩擦磨损机理的研究，建立更加符合人体生物力学特征的仿生人工关节模型，找到影响人工关节磨损的材料、受力和结构因素，为仿生人工关节的设计提供理论依据。第1章绪论1．2国内外有关研究的综述1．

6、2．1骨科生物力学的概况【6】生物力学是--f7以力学理论和方法，探讨人体及其它生命体有关力学问题的学科。1960---1990年为生物力学蓬勃发展的一个重要时期，当时物理科学中的固体力学、流体力学、空气动力学、运动学等学科均开始涉入生命科学领域，因而形成--17独特的新兴学科——生物力学。其中骨与关节的力学研究在生物力学领域占有相当重要的地位，其基础涵盖流体力学、静力学、动力学、生理科学、解剖学和其它各相关专业领域。近40年来，随着骨科生物力学的研究进展，骨科手术技巧具有相当显著的进步。前人对于骨科生物力学的运用，开

7、始只是单纯运用力学概念，制造省力或是符合肢体使用的工具。但近来由于人类对于骨骼肌肉系统的功能和解剖学了解后，生物力学大大提升了在临床骨科的运用，尤其在著名专家JohnCharnley成功地发明人工全髋关节矛llnsall发明人工膝关节后，整个创伤骨科的进步已延伸出另一个创新领域。至今，骨科手术中可借由置换人工假体来取代退化的关节，大大改善过去临床无法解决的问题并且手术成功率已达相当满意的结果。此外，在其他相关工程人员的努力下，协助各式骨科器材的设计、开发及各种辅助诊断的仪器问世，目前已可利用计算机辅助技术和显微手术的先

8、进技术来增加手术的效率和准确性。骨科生物力学的内容，近几年已被广泛研究，并且已有许多著作将之归纳整理【7~9】，大体把它分为五类，具体如下：1、骨骼肌肉系统的力学表现；2、体内各关节的架构认识与功能性评估；3、肌腱与韧带的生物力学；4、关节软骨的双柑性质(biphasicproperty)的探讨以及对于关节润滑的机制了解；5、骨修