基于LabVIEW的脊柱生物力学测量系统研究.pdf

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1、2013年第32卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)95基于LabVIEW的脊柱生物力学测量系统研究李晓芳，邓林红。，廖庆丰，李佳(1．重庆大学生物工程学院，重庆400044；2．重庆医科大学附属第一医院骨科，重庆400016；3．常州大学生物医学工程与健康科学研究院，江苏常州213100)摘要：设计了一种能够模拟脊柱侧弯、前屈、后伸、轴向压缩等方向的运动、快速分析脊柱生物力学特性的测量系统。对脊柱不同方向的加载通过万能材料试验机结合特制夹具实现，椎骨的应变由应变式传感器测量。基于LabVIEW平台开发

2、的应变记录模块通过RS-232读取应变信号并实时显示。数据综合处理模块对传感器所测的信号和试验机记录的载荷、位移数据进行整合分析，最终由数据分析模块得出反映脊柱应变、刚度、运动范围等生物力学特性的参数或曲线。实验结果表明：该测量系统操作简单，能够模拟脊柱的三维运动，实现对脊柱多个生物力学特征参数的快速测定。关键词：LabVIEW；生物力学；载荷～位移中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000--9787(2013)04-0095-03~⋯tudyOnspi■nal1bl●OmeClIIan●icsmeasurement．syst．embased0n

3、LabVIEWLIXiao—fang，DENGLin—hong’，LIAOQing—feng，LIJia(1．SchoolofBi0engineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2．DepartmentofOrthopedics，theFirstAfiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity，Chongqing400016，China；3．InstituteofBiomedicalEngineeringandHealthSciences，ChangzhouUn

4、iversity，Changzhou213100，China)Abstract：Asetofmeasurementsystem，whichcansimulatemovementsindire~：tionssuchaslateralbending，flexion，extensionandaxialcompression，andquicklyanalyzebiomechanicalpropertiesofspineisdesigned．Theuniversaltestingmachinecombinedwithspeciallydesignedfixtureisuse

5、dtoapplyloads，andthestrainofvertebraeismeasuredbystrainsensors．StrainrecordingmodulebasedonLabVIEWplattCormisdevelopedtoreadandrealtimedisplaystrainsignalbyRS-232．Thedataintegrationmoduleintegratesandanalyzeonsignalmeasuredbysensoraswellastheload，displacementdatarecordedbythetestingma

6、chine，andparametersorcurvesofspinalbiomechanicalpropertiessuchasstrain，stiffness，rangeofmotion(ROM)isderivedfromdataanalysismodule．Experimentalresultsshowthatthesystemisabletosimulatethethree—dimensionalmotionofthespineandrealizerapiddeterminationofseveralbiomechanicalparameters．Keywo

7、rds：LabVIEW；biomechanics；load—displacement0引言是把光电信号等作为脊柱生物力学信息的载体，通过记录近年来，用于脊柱重建的内固定器械产品种类不断增这些信号的变化来间接反映脊柱的三维运动过程。然而，多。新植入器材和手术方法在应用到临床之前，需要进行将原始信号转换为力学参数，计算过程较为复杂。离体的生物力学测试，以评价新器材的稳定性和新手术方因此，为了准确地研究脊柱的三维空间运动，不仅需要法较现有方法是否有优越性J。研究人员通过脊柱的三精确的测量技术，还需要高效的计算分析系统。ChangT维稳定性测试来获得运动范围、中性区等特征

8、参数。目s