Как с точки зрения биомеханики оценить надежность функционирования

Как с точки зрения биомеханики оценить надежность функционирования объектов протезирования? Необходимо знать свойства объектов протезирования. Свойства материалов протезов, а также организма в норме и патологии. Анатомическое строение и антропометрические признаки организма Внешние воздействия на организм. Взаимодействия организма и протеза, будь он внешним или помещенным в организм. Какие характеристики и чего (организма, протеза) необходимо контролировать? Какой должна быть аппаратура 1 и методы контроля

Ударные перегрузки классифицируют с учетом направления их векторов относительно осей тела. Характер повреждений, возникающих при перегрузках, в случая, когда в поперечном и боковом направлениях система «голова—шея» защищена от смещения (например, заголовником), показан на следующем слайде. В реальной обстановке на человека могут действовать одновременно перегрузки различных направлений. (инвалид колясочник на самолете, при невыполнении больным режимов реабилитации (человек прыгнул, когда ему это запрещено, оступился и т. д. )). 2

3

Наиболее часто бытовым и профессиональным травмам подвергается поясничный отдел позвоночника. Прочность поясничного сегмента T 11—L 3 значительно ниже, чем отдельных позвонков. При испытаниях этого сегмента на ударном стенде по данным 96 экспериментов установлено, что раз-рушение происходило при перегрузках, лежащих в диапа- зоне 9… 47 ед. 4

Зависимость вероятности повреждения сегмента T 11– L 3 позвоночника от ударной перегрузки п на платформе стенда. Минимальное значение травмирующей перегрузки опреде- массой тела человека и несущей способностью позляется вонков, которая зависит от возраста человека, поскольку возраст определяет плотность структуры, минеральную насыщенность тела позвонка, площадь (ширину) концевой пластинки позвонка, выраженность талии 5 позвонка

Экспериментальные методы оценки динамических воздействий 6

7

8

9

10

ГРАВИТАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ 11

Масс-инерционные характеристики сегментов тела человека 12

При построении статических и динамических расчетных моделей тела человека актуальным является определение массинерционных характеристик (МИХ) сегментов тела человека. МИХ сегментов тела человека – это массы, моменты инерции, координаты центров масс отдельных частей тела (сегментов). Границы сегментов выбираются таким образом, чтобы внутри сегмента была исключена деформация, т. е. произвольное или непроизвольное изменение геометрии масс звена. Обычно выделяют следующие сегменты: стопа, голень, бедро, кисть, предплечье, плечо, голова, туловище. Поскольку туловище может деформироваться, его разделяют на 2 или 3 части. 13

Масс-инерционные характеристики тела человека: а — моменты инерции основных сегментов; б — относительные массы сегментов 14

Методы определения МИХ делят на экспериментальные и косвенные. К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ОТНОСЯТ МЕТОДЫ: сечения трупов, водного погружения, фотограмметрии, взвешивания в изменяющихся позах, внезапного освобождения, радиоизотопный, рентгеновский, компьютерной томографии, К КОСВЕННЫМ – физическое, математическое и геометрическое моделирование. 15

В настоящее время успешно используется метод определения МИХ по уравнениям регрессии, в которых аргументами являются масса х1 (в кг) и длина тела х2 (в см): Y= B 0 + B 1 x 1 + B 2 x 2. Значения коэффициентов приведены в таблице. 16

Сегмент B 0 B 1 B 2 Масса сегмента, кг Стопа Голень Бедро Кисть Предплечье Плечо Голова Верхняя часть туловища Средняя часть туловища Нижняя часть туловища – 0, 8290 – 1, 5920 – 2, 6490 – 0, 1165 0, 3185 0, 2500 1, 2960 8, 2144 7, 1810 – 7, 4980 0, 00770 0, 03620 0, 14630 0, 00360 0, 01445 0, 03012 0, 01710 0, 18620 0, 22340 0, 09760 0, 00730 0, 01210 0, 01370 0, 00175 – 0, 00114 – 0, 00270 0, 01430 – 0, 05840 – 0, 06630 0, 04896 Положение центра масс на продольной оси сегмента, см Стопа Голень Ведро Кисть Предплечье Плечо Голова Верхняя часть туловища Средняя часть туловища Нижняя часть туловища 3, 767 – 6, 050 – 2, 420 4, 110 0, 192 1, 670 8, 357 3, 320 1, 398 1, 182 0, 0650 – 0, 0390 0, 0380 0, 0260 – 0, 0280 0, 0300 – 0, 0025 0, 0076 0, 0058 0, 0180 0, 0330 0, 1420 0, 1350 0, 0330 0, 0930 0, 0540 0, 0230 0, 0470 0, 0450 0, 0434 17

Сегмент B 0 B 1 B 2 Главный центральный момент инерции относительно сагиттальной оси, кг·см 2 Стопа Голень Бедро Кисть Предплечье Плечо Голова Верхняя часть туловища Средняя часть туловища Нижняя часть туловища – 100, 0 – 1105, 0 – 3557, 0 – 19, 5 – 64, 0 – 250, 7 – 78, 0 81, 2 618, 5 – 1568, 0 0, 480 4, 590 31, 700 0, 170 0, 950 1, 560 1, 171 36, 730 39, 800 12, 000 0, 626 6, 630 18, 610 0, 116 0, 340 1, 512 1, 519 – 5, 970 – 12, 870 7, 741 Главный центральный момент инерции относительно фронтальной оси, кг·см 2 Стопа Голень Бедро Кисть Предплечье Плечо Голова Верхняя часть туловища Средняя часть туловища Нижняя часть туловища 97, 09 – 1152, 00 – 3690, 00 – 13, 68 – 69, 70 – 232, 00 – 112, 00 367, 00 267, 00 – 934, 00 0, 414 4, 594 32, 020 0, 088 0, 855 1, 525 1, 430 18, 300 26, 700 11, 800 0, 614 6, 815 19, 240 0, 092 0, 376 1, 343 1, 730 – 5, 730 – 8, 000 3, 440 18

Сегмент B 0 B 1 B 2 Главный центральный момент инерции относительно продольной оси, кг·см 2 Стопа Голень Ведро Кисть Предплечье Плечо Голова Верхняя часть туловища Средняя часть туловища Нижняя часть туловища – 15, 48 – 70, 50 – 13, 50 – 6, 26 5, 66 – 16, 90 61, 60 561, 00 1501, 00 – 775, 00 0, 1440 1, 1360 11, 3000 0, 0762 0, 3060 0, 6620 1, 7200 36, 0300 43, 1400 14, 7000 0, 0880 0, 3000 – 2, 2800 0, 0347 – 0, 0880 0, 0435 0, 0814 – 9, 9800 – 19, 8000 1, 6850 19

В процентах от длины показаны расстояния до центров масс сегментов, границами которых являются антропометрические точки. Длины сегментов могут быть определены на основе антропометрических измерений или взяты из литературы 20

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1. Вспоминаем чему равны ваши рост и масса. 2. Используем уравнение регрессии Y= B 0 + B 1 X 1 + B 2 X 2. Определяем массу наших: кисти, предплечья и плеча Затем Определяем положение центра масс кисти, предплечья, плеча 21

Статические нагрузки от веса груза и органов 22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

ВИБРАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ Области частот вредного воздействия вибрации на человека 34

Модель тела человека и резонансы отдельных частей тела 35

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ 36

37

Биомеханика удлинения большеберцовой кости при поперечной остеотомии с использованием костных трансплантатов (изменение температуры системы на 17° С) Распределение полных перемещений в системе фиксации при изменении температуры системы с 20 до 37° С. Левая эпюра построена в масштабе 472, 173: 1. При увеличении температуры на +17° С пластина удлиняется больше, чем кость, поэтому левая эпюра соответствует физическому смыслу 38

39

Скоба 2 мм 40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51