阐述膝关节整体免荷型膝关节矫形器设计

论文导读：板损伤等也是膝关节的常见病症，它们的发生恶化都与关节负载相关。而膝关节免荷矫形器通过矫正力线，重新分配关节负荷成为治疗这些关节疾病，减轻患者疼痛，恢复其活动能力的重要手段。本论文首先介绍了矫形器的分类、功能、材料、生物力学原理、设计原则、进展走势、利用人群心理以及可能出现的副作用。其次，以“免荷”为中心，
摘要：膝关节是全身最主要的承重关节，它结构复杂，长期负重且运动量大，是下肢活动的枢纽。由此，其伤病率也位居所有关节之首。其中，最为常见的病症之一就是骨性关节炎，长期和增大的关节负载是其致病的主要外因。同时，膝关节软骨磨损、半月板损伤等也是膝关节的常见病症，它们的发生恶化都与关节负载相关。而膝关节免荷矫形器通过矫正力线，重新分配关节负荷成为治疗这些关节疾病，减轻患者疼痛，恢复其活动能力的重要手段。本论文首先介绍了矫形器的分类、功能、材料、生物力学原理、设计原则、进展走势、利用人群心理以及可能出现的副作用。其次，以“免荷”为中心，在描述膝关节的解剖结构、运动特点、下肢承力机制的基础上，浅析了关节负荷在膝关节骨性关节炎，半月板、软骨损伤中的角色和作用原理。并据此，以生物力学的免荷角度，阐述了相应的治疗案例如减肥、加强下肢运动训练、转变运动方式、运用矫形或助力器械。再次，本论文通过浅析现有膝关节免荷矫形器的作用机制和局限性，提出了新的整体免荷思路：通过机构设计，将膝关节以上的部分负载直接传递给膝关节以下部分，由机构和膝关节共同承担载荷实现膝关节的整体免荷。并根据此思路，设计了六种机构的实现案例，均可将膝关节的旋转运动转化成大腿托的直线运动，使免荷成为可能。同时，对这六种案例分别进行了运动和力学浅析，比较其优劣，并对最终的案例进行了矫形器结构的整体设计和优化设计。最后，为了验证新设计机构的免荷作用，并基于原理安全性考虑，本论文详细浅析了机构对膝关节作用，包括机构对关节力线的限制和保护；大腿托作用下，大腿的受力情况；膝关节瞬心与机构旋转中心差别对下肢屈伸的影响等。并且，通过建立下肢与机构的生物力学模型，对新免荷机构作用下膝关节伸展进行力学浅析，文章证明了机构对膝关节接触力的减免作用以及指出了膝关节整体免荷案例在免载能力和人体代偿间有着的矛盾，由此，其运用需要寻求两者之间寻求平衡。同时，本论文设计了生物力学实验，建立了大腿托与皮肤的压力，阻力和皮肤变形滑移之间的联系，求得其阻尼特性以及膝关节需要克服机构的阻力矩和额外付出的能量。通过以上论述与实验的设计浅析，验证了整体免荷型膝关节矫形器的有效性，同时，也初步评价了机构的安全性以及对人体的影响。关键词：膝关节矫形器论文关节免荷论文机构设计论文骨性关节炎论文生物力学实验论文
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ABSTRACT7-12
第一章 绪论12-20

1.1 膝关节免荷矫形器的探讨作用12-15

1.2 国内外探讨近况15-17

1.2.1 矫形器国内外进展近况15-16

1.2.2 膝关节免荷矫形器的探讨近况16-17

1.3 本论文探讨目的及主要内容17-20

1.3.1 探讨目的17

1.3.2 探讨内容17-20

第二章 矫形器概述20-30

2.1 矫形器的命名与分类20-21

2.2 矫形器的基本功能21-22

2.3 矫形器的生物力学原理22-23

2.4 矫形器的材料23

2.5 矫形器的设计原则23-25

2.6 矫形器的副作用浅析及预防25-26

2.7 矫形器利用人群的心理浅析26-27

2.8 现代矫形器的进展走势和特点27-28

2.9 本章小结28-30

第三章 膝关节免荷的生物力学浅析30-44

3.1 膝关节的基本生物力学概念30-34

3.

1.1 膝关节的解剖结构30-31

3.

1.2 膝关节的生物力学特点31-34

3.2 膝关节骨性关节炎的病理特点、理由及免荷治疗案例34-42
3.

2.1 膝关节骨性关节炎的病理特点及理由34-37

3.

2.2 膝关节骨性关节炎的免荷治疗办法37-42

3.3 本章小结42-44
第四章 整体免荷型膝关节矫形器机构设计与浅析44-76

4.1 设计思路与策略44-47

4.2 案例一的设计与浅析47-50

4.

2.1 案例一的机构设计47-48

4.

2.2 案例一的运动浅析48-49

4.

2.3 案例一的评价49-50

4.3 案例二的设计与浅析50-53
4.

3.1 案例二的机构设计50-51

4.

3.2 案例二的运动浅析51-52

4.

3.3 案例二的评价52-53

4.4 案例三的设计与浅析53-57
4.论文导读：设计53-544.4.2案例三的运动浅析54-564.4.3案例三的评价56-574.5案例四的设计与浅析57-614.5.1案例四的机构设计57-584.5.2案例四的运动浅析58-604.5.3案例四的评价60-614.6案例五的设计与浅析61-664.6.1案例五的机构设计61-624.6.2案例五的运动浅析62-644.6.3案例五的评价64-654.6.4前述所有案例的比较总结65-66

4.1 案例三的机构设计53-54

4.2 案例三的运动浅析54-56

4.3 案例三的评价56-57

4.5 案例四的设计与浅析57-61

4.5.1 案例四的机构设计57-58

4.5.2 案例四的运动浅析58-60

4.5.3 案例四的评价60-61

4.6 案例五的设计与浅析61-66

4.6.1 案例五的机构设计61-62

4.6.2 案例五的运动浅析62-64

4.6.3 案例五的评价64-65

4.6.4 前述所有案例的比较总结65-66

4.7 案例六的设计与浅析66-74

4.7.1 案例六的机构设计66-67

4.7.2 案例六的运动与力学浅析67-74

4.7.3 案例六的评价74

4.8 本章小结74-76

第五章 整体免荷型膝关节矫形器的浅析评价76-92

5.1 机构对膝关节的作用浅析76-83

5.

1.1 机构对膝关节力线的限制和保护76

5.

1.2 大腿托作用下大腿的受力浅析76-77

5.

1.3 膝关节瞬心与机构旋转中心差别对下肢屈伸的影响77-80

5.

1.4 机构作用下膝关节伸展的力学浅析80-83

5.2 免荷能力与安全性的生物力学实验83-91
5.

2.1 皮肤的结构与功能83-84

5.

2.2 实验案例84-85

5.

2.3 结果与浅析85-91

5.3 本章小结91-92
第六章 全文总结与展望92-94

6.1 本论文工作总结92-93

6.2 本论文的主要贡献和革新点93

6.3 今后探讨工作展望93-94

参考文献94-98
致谢98-99
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文99