中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (20): 3117-3122.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0833
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振动促进骨愈合系统的参数识别及动力学特征
曲云霞1，马文博1，张 弢2，侯书军1，李 慨1，李欣业1，刘彦士2
- 1河北工业大学机械工程学院，天津市 300130；2天津市天津医院创伤骨科，天津市 300211
Parameter identification and kinetics of the vibration in promoting bone healing system
Qu Yun-xia1, Ma Wen-bo1, Zhang Tao2, Hou Shu-jun1, Li Kai1, Li Xin-ye1, Liu Yan-shi2
- 1School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2Department of Orthopedics, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China
摘要：
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文题释义：
参数辨识：是根据实验数据和建立的模型来确定一组参数值，使得由模型计算得到的数值结果能最好的拟合测试数据(曲线拟合问题)，从而可以为生产过程进行预测，提供一定的理论指导。当计算得到的数值结果与测试值之间的误差较大时，就认为该数学模型与实际的过程不符或者差距较大，进而修改模型，重新选择参数。因此，参数辨识问题是一个逆问题，参数估计的好坏决定了用模型来解释实际问题的可信度。
骨应力刺激仪：应力刺激通过足底经肢体纵轴传导，能够在骨折端产生压应力，从而达到改善骨折处的生物学和生物力学环境，有效克服应力遮挡，促进骨折愈合的效果。
文题释义：
参数辨识：是根据实验数据和建立的模型来确定一组参数值，使得由模型计算得到的数值结果能最好的拟合测试数据(曲线拟合问题)，从而可以为生产过程进行预测，提供一定的理论指导。当计算得到的数值结果与测试值之间的误差较大时，就认为该数学模型与实际的过程不符或者差距较大，进而修改模型，重新选择参数。因此，参数辨识问题是一个逆问题，参数估计的好坏决定了用模型来解释实际问题的可信度。
骨应力刺激仪：应力刺激通过足底经肢体纵轴传导，能够在骨折端产生压应力，从而达到改善骨折处的生物学和生物力学环境，有效克服应力遮挡，促进骨折愈合的效果。摘要
背景：骨折愈合是一个极其复杂的生物学修复重建过程，骨折端局部的力学环境在骨折愈合过程中起着调控作用。
目的：设计一部骨应力刺激仪并进行动力学建模及参数的识别。
方法：基于振动促进骨愈合的机制，设计了一部骨应力刺激仪。简化成了二自由度带阻尼的弹簧系统强迫振动模型，对振动促进骨愈合系统进行了主要参数的识别(橡胶弹簧的总刚度K_1的识别，足底肌肉刚度K_2的识别，足底肌肉阻尼r_1的识别，克氏针弯曲刚度K^'的识别)，得到了模拟骨痂处的振幅并进行振动促进骨愈合系统实验。
结果与结论：①通过理论分析及试验研究并结合样机的稳定工作区间，确定了该系统在激振频率为26-40 Hz、激振力为100-350 N的条件下可使胫骨骨折断端产生轴向微动，在断骨界面产生了一定的力学刺激；②由于仿真时忽略了外固定架对骨痂处振幅的应力遮挡作用，所以仿真结果略高于测试结果。通过拆开外固定架进行测试，拆开后骨痂处的振幅大于完全固定的振幅；③结果表明，骨应力刺激仪可使骨折断端产生有利于骨愈合的微动。在临床上建议使用轴向刚度可调、径向刚度不变外固定支架，可以有效的克服应力遮挡。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0003-3700-6052(曲云霞)
中图分类号:
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文题释义：
参数辨识：是根据实验数据和建立的模型来确定一组参数值，使得由模型计算得到的数值结果能最好的拟合测试数据(曲线拟合问题)，从而可以为生产过程进行预测，提供一定的理论指导。当计算得到的数值结果与测试值之间的误差较大时，就认为该数学模型与实际的过程不符或者差距较大，进而修改模型，重新选择参数。因此，参数辨识问题是一个逆问题，参数估计的好坏决定了用模型来解释实际问题的可信度。
骨应力刺激仪：应力刺激通过足底经肢体纵轴传导，能够在骨折端产生压应力，从而达到改善骨折处的生物学和生物力学环境，有效克服应力遮挡，促进骨折愈合的效果。