【摘要】：目的:通過在光纖布拉格光柵封裝于預(yù)先開槽的鋼板上,應(yīng)用光學(xué)測(cè)量儀器及方法,連同骨科生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器,進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn),測(cè)量反射光譜變化從而間接測(cè)量應(yīng)力變化。初步探索光纖布拉格光柵封裝在鋼板上進(jìn)行測(cè)量的方法及其在創(chuàng)傷骨科生物力學(xué)鋼板應(yīng)力變化測(cè)量中的應(yīng)用前景,探索光纖布拉格光柵封裝鋼板的封裝形式及其位置在應(yīng)力變化中的規(guī)律。為光纖布拉格光柵能夠通過進(jìn)一步研究,應(yīng)用于臨床,對(duì)于骨折斷端固定的牢固程度、術(shù)后功能鍛煉的指導(dǎo)以及最終骨折愈合的判定提供客觀的參考依據(jù),而做出初步的基礎(chǔ)研究。方法:選取新鮮羊脛骨10根,脛骨兩端磨平,均制作成為中段橫斷骨折(Fig 2),進(jìn)行編號(hào)1-10,選用8孔上肢內(nèi)固定鎖定鋼板(山東威高,上肢長骨鎖定內(nèi)固定鋼板)10塊,分別在其側(cè)面及正面進(jìn)行開槽,開槽深度:0.5mm;寬度:0.5mm;將光纖布拉格光柵分別封裝于兩槽內(nèi),對(duì)10塊鋼板依次編號(hào)1-10,將封裝光纖后的鋼板1-10號(hào)分別對(duì)應(yīng)羊脛骨骨折1-10號(hào)進(jìn)行固定,遠(yuǎn)近折端分別打入3枚鎖定自攻型內(nèi)固定螺釘(3.5mm×18mm及3.5mm×20mm),以螺釘在脛骨鋼板對(duì)側(cè)外露約1mm為準(zhǔn),制作成10組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?1)將鋼板側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵一端連接于1x2耦合器單端口側(cè),將寬譜光源(EDFA)及光譜分析儀(AQ6317B)連接到耦合器另外兩個(gè)端口(Fig 1)上,將該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b于生物力學(xué)機(jī)上,施加垂直壓力載荷,對(duì)其進(jìn)行垂直壓縮實(shí)驗(yàn),壓力增加幅度約為10±5N,記錄生物力學(xué)機(jī)載荷、位移變化及光譜分析儀測(cè)得的波長變化。(2)以生物力學(xué)機(jī)對(duì)上述模型進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn),施加三點(diǎn)彎曲壓力載荷,壓力增加幅度約為7±3N,記錄生物力學(xué)機(jī)載荷、位移變化及光譜分析儀測(cè)得的波長變化。(3)將鋼板正面封裝的光纖布拉格光柵一端連接于1x2耦合器單端口側(cè),將寬譜光源(EDFA)及光譜分析儀(AQ6317B)連接到耦合器另外兩個(gè)端口(Fig 1)上,將該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b于生物力學(xué)機(jī)上,以生物力學(xué)機(jī)對(duì)骨折模型進(jìn)行垂直壓縮,生物力學(xué)機(jī)給予模型施加壓力,壓力增加幅度約為10±5N,記錄生物力學(xué)機(jī)載荷、位移變化及光譜分析儀測(cè)得的波長變化。(4)對(duì)該正面封裝的光纖布拉格光柵實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)量實(shí)驗(yàn):以生物力學(xué)機(jī)給予其施加彎曲壓力載荷,壓力增加幅度約為7±3N,記錄生物力學(xué)機(jī)載荷、位移變化及光譜分析儀測(cè)得的波長變化。將其余9組模型分別重復(fù)上述四步過程,記錄每組載荷、位移及波長變化。(5)隨機(jī)選出一組模型,依次重復(fù)5次上述實(shí)驗(yàn)過程,進(jìn)行同組組內(nèi)實(shí)驗(yàn),記錄每組載荷、位移及波長變化。最后將10組模型安裝于三點(diǎn)彎曲狀態(tài),進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn),增加載荷,記錄波長變化情況。意義在于記錄光纖能夠測(cè)量的最大鋼板形變位移情況及其所對(duì)應(yīng)的載荷數(shù)據(jù)。結(jié)果:1組間統(tǒng)計(jì)分析:將上述每組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn):其中正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組及三點(diǎn)彎曲壓縮組各組數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布;側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組及三點(diǎn)彎曲壓縮組各組數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。1.1 10組模型在上述四步過程中均出現(xiàn)位移隨載荷的增大而增大;1.2 10組側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量秩相關(guān)分析,P值均大于0.05,可認(rèn)為側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組載荷與波長無直線相關(guān)關(guān)系;1.3 10組側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量秩相關(guān)分析,P值均大于0.05,可認(rèn)為側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮組載荷與波長無直線相關(guān)關(guān)系;1.4 10組正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量直線相關(guān)分析,P值均小于0.05,可認(rèn)為正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組載荷與波長有直線相關(guān)關(guān)系;1.5 10組正面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量直線相關(guān)分析,P值均小于0.05,可認(rèn)為正面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮組載荷與波長有直線相關(guān)關(guān)系。2組內(nèi)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析:將選出的一組模型所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,將上述每次數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn):其中5次正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組及三點(diǎn)彎曲壓縮組各組數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布;側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組及三點(diǎn)彎曲壓縮組各組數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。5次正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量直線相關(guān)分析,P值均小于0.05,可認(rèn)為正面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組載荷與波長有直線相關(guān)關(guān)系;5次正面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量直線相關(guān)分析,P值均小于0.05,可認(rèn)為正面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮組載荷與波長有直線相關(guān)關(guān)系。5次側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量秩相關(guān)分析,P值均大于0.05,可認(rèn)為側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵垂直壓縮組載荷與波長無直線相關(guān)關(guān)系;5次側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮所記錄的載荷及波長數(shù)據(jù)進(jìn)行雙變量秩相關(guān)分析,P值均大于0.05,可認(rèn)為側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵三點(diǎn)彎曲壓縮組載荷與波長無直線相關(guān)關(guān)系。3對(duì)10組模型進(jìn)行三點(diǎn)彎曲破壞性實(shí)驗(yàn)時(shí),每組實(shí)驗(yàn)載荷增加到600-650N時(shí),光譜分析儀采集到的反射光譜中心波長數(shù)值開始出現(xiàn)漂移。結(jié)論:1光纖布拉格光柵能夠記錄不同載荷下鋼板位移而產(chǎn)生的波長變化;將光纖光柵封裝到鋼板上對(duì)長管狀骨骨折鋼板固定后,測(cè)量骨端受到載荷發(fā)生位移而造成鋼板產(chǎn)生形變的位移變化是可行的。2不同光纖布拉格光柵封裝形式及位置對(duì)于光譜分析儀所測(cè)得的波長變化影響很大。3鋼板正面封裝的光纖布拉格光柵無論是垂直壓縮還是彎曲測(cè)量的波長與載荷均呈直線相關(guān)關(guān)系。鋼板側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵無論是垂直壓縮還是彎曲測(cè)量波長與載荷均無直線相關(guān)關(guān)系。同組模型鋼板側(cè)面封裝的光纖布拉格光柵無論是垂直壓縮還是彎曲測(cè)量波長與載荷均無直線相關(guān)關(guān)系,鋼板正面封裝的光纖布拉格光柵無論是垂直壓縮還是彎曲測(cè)量的波長與載荷均呈直線相關(guān)關(guān)系。4組內(nèi)及組間統(tǒng)計(jì)結(jié)果相同,鋼板鋼性本身對(duì)測(cè)量結(jié)果無影響,且模型具有可重復(fù)性。5當(dāng)生物力學(xué)機(jī)載荷達(dá)到600-650N時(shí),波長數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)漂移,說明光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞,增加的載荷到達(dá)其極限值。6本實(shí)驗(yàn)證明鋼板正面封裝的光纖布拉格光柵波長與載荷具有極強(qiáng)的直線相關(guān)關(guān)系,再此基礎(chǔ)之上,可以通過進(jìn)一步系列實(shí)驗(yàn)及數(shù)學(xué)模型公式轉(zhuǎn)換,測(cè)量得到不同載荷下,骨折斷端的位移變化,從而為光纖布拉格光柵對(duì)于臨床中骨折斷端固定的牢固程度、術(shù)后功能鍛煉的指導(dǎo)以及最終骨折愈合的判定提供客觀的參考依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河北醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R687.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 程樹春;張艷平;;光纖光柵漏油傳感器在石油工業(yè)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J];應(yīng)用光學(xué);2008年03期

2 鄭誠功;;骨科生物力學(xué)研究的發(fā)展與現(xiàn)狀[J];醫(yī)用生物力學(xué);2007年04期

3 任可,張春才,許碩貴,唐昊,康慶林,高堂成,張雪松;持續(xù)動(dòng)態(tài)壓應(yīng)力對(duì)實(shí)驗(yàn)性骨折愈合的影響[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào);2004年01期

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本文編號(hào)：2389377