0　引言

第二次全国残疾人抽样调查结果显示，2010年末我国残疾人总人数为8502万，肢体残疾人数2472万[1]。对于截肢患者，安装假肢是代偿自身缺失肢体功能的唯一工程学方法。大腿假肢不仅要具有支撑身体和代偿缺失肢体行走的功能，还需要使截肢患者在行走过程中享有一定的舒适度和具有良好的步态，以更好地参加社会活动，回归社会。在实际使用过程中，假肢师经常利用硅胶套改善残肢与接受腔的适配问题，以优化接受腔与残肢之间接触表面的压力分布，提高假肢的使用效果、舒适度以及患者对假肢的满意度[2-3] 。目前，硅胶套的选取大多凭借假肢技师的经验，尚未有明确的选取标准。

残肢与接受腔之间的界面应力分布情况是当前假肢力学研究中的热点之一[4-5]，而有限元分析方法是其中最常用的一种手段。有限元方法具有方便、快速的特点。Krouskop等[6]建立了首个大腿假肢的有限元模型，证明了有限元方法在大腿假肢仿真计算中确定变量(如软组织的材料特性以及软组织所受载荷)的有效性。有限元仿真计算涉及假肢接受腔的设计[6-7]、残肢与接受腔界面应力的仿真[8]等方面，此后的研究中发现几何模型、材料属性、边界条件、载荷与约束等条件都会影响假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布情况[9]。有限元模拟的方法在假肢受力分析方面的应用已被认可。

此外，为了保障农田水利能够进行大面积的喷射，应在喷灌机的上面安装喷头，确保喷灌机能够大面积的喷灌，克服局限性的影响。在设计农田灌溉路线的过程中，可对其自由设计，如自动的移动喷灌机，通过不断移动喷灌机使农田水利的各个方位和方向达到灌溉的效果。

特别，若ai=0,bi=+∞，则C={x∈Rn:xi≥0}。对∀u∈Rn，PC(u)=(max(xi,0))i。

硅胶套具有提高截肢患者运动能力[10]以及穿戴舒适性[11]的作用，在大腿假肢有限元模拟方面模型组件目前鲜有涉及硅胶套。研究表明硅胶套的厚度可以影响残肢与接受腔接触面的受力分布情况。Boutwell等[12] 研究了3 mm和9 mm的硅胶套对假肢穿戴者的步态参数及残肢与接受腔之间接触面的应力分布的影响，多数患者表示较厚的硅胶套在使用中更加舒适，而作者认为要确定假肢穿戴者硅胶套的最佳厚度还需多方面考虑，并需要进一步研究。此研究中尚未考虑硅胶套材料属性对残肢与接受腔之间界面应力分布的影响。研究大腿假肢硅胶套的力学特性可以使假肢师更加了解硅胶套的性能，对调整假肢适配有指导意义。

这是一户新华街上的杨姓居民家庭，他家的情况非常特殊，家庭里既有经济问题，也有习俗问题。户主杨大爷是汉族，早年有一妻一子，妻子先他而去。他续弦时娶了已有三个女儿的彝族妇人，婚后两人又育有三个女儿，家中共有七个孩子。1998年，杨大爷去世，遗产中一间40多平米的临街商铺成了一家人矛盾的导火索。

1　方法

1.1　受试者基本资料

本实验招募受试者1名，男性，2000年因车祸左侧大腿截肢，年龄43岁，身高171 cm，体质量90 kg，日常行走以平坦路面为主，运动水平为K2-K3[13],即患者有能力行走，可穿越路障、楼梯或不平坦路面等环境。受试者所穿骨骼式大腿假肢接受腔类型为Marlo接受腔，此种接受腔能够为穿戴者提供较大的活动范围且更加舒适[14]。临床检查结果表明，受试者残肢长24.5 cm，圆柱形中残肢[15]，无幻肢痛、水肿，皮肤、肌肉状况良好。受试者无高血压、糖尿病、心脏病等疾病；躯干其他部位无骨折或功能障碍；无听觉、视觉、意识或语言表达障碍。

在砂土中,甘薯地下部生物量随着生育期的变化趋势与黏土一样,均随着生育期的增加而增加(图1b),而地上部的生物量变化趋势略有不同，从移栽到DAP60,随着生育期的增加而增加,而从DAP60到DAP118,则表现出稳定的趋势.从移栽到DAP30,3个处理间地上部生物量没有显著差异,从DAP60到DAP118,地上部生物量T3处理最高,与T1相比，在P<0.05水平上差异显著;其次为T2，与T1相比，在P<0.05水平上差异显著．地下生物量在生长后期,T2与T1相比,增加了73.7%,在P<0.05水平上差异显著.因此,T2处理的砂土最适宜于甘薯根系生长．

1.2　有限元分析

运用三维动作捕捉系统和Kistler三维测力平台系统对受试者进行步态参数测量(图4)，取受试者5次实验数据的平均值，结果如表2所示。

根据文献[12]、[17]中的计算方法，将计算分为两步，分别对应残肢变形的两个过程。第一步将接受腔远端固定，残肢近端施加载荷50 N(图3)，模拟残肢所受预应力情况；第二步，在第一步的基础上，将残肢近端固定，接受腔远端施加各时相下测力平台测量所得的地面反作用力，模拟残肢在步行过程中的受力情况。硅胶套与残肢、硅胶套与接受腔采用面面接触，摩擦系数设置0.5[18]。

图1　几何模型 Figure 1　Geometry model

图2　各时相几何模型 Figure 2　Geometry model of the five phases

1.2.2　边界条件

首先，利用计算机断层扫描技术获得大腿截肢患者残端与接受腔的CT图像，并导入到Mimics进行三维重建，得到骨骼、肌肉软组织、硅胶套和接受腔的几何模型；运用Geomagic对模型进行修整和曲面建模(图1)。然后，将各部分几何模型导入到SolidWorks 中进行组装[16]，模拟初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期、摆动前期的状态，得到5个时相的几何模型(图2)。最后，将组装好的几何模型导入有限元软件ANSYS 14.5中进行模拟计算。

今天，公众能轻易学会修改数码图片内容的后期技术，将客观现实主观化，而且可以构建虚拟实景，把已经消失的或根本不存在的物像重构或虚构出来，将主观意识客观化。这种客体和主体双重反转对社会既有观念具有极大的破坏力，它可能把我们扔向虚拟现实和虚拟社会的深渊。那么，我们还能拥有真实吗？数码摄影能否代替我们人类智能？后资本主义时代数码文化工业是否开启望远镜将人类智能置入数码摄影之中？当真理成为漂浮的能指之时，量子—数码世界观将会把我们带向怎样的未来？

图3　模型载荷 Figure 3　Model’s load

1.2.3　材料属性

校园有一条馨径直通丝木棉广场。粉红的石板，英式的路灯，走到馨径上，头顶丝木棉的虬枝便触手可及，一阵风吹来，淡淡的芳香扑鼻而来。这片土地，十多年前便种下三百多棵丝木棉，粉红的花海沿岸肆意生长一两公里，如今成为全广州丝木棉种植规模最大的赏花点，堪比武大樱花，为冬日里的城市注入一股暖流。

计算5个时相下残肢、硅胶套、接受腔所受最大剪切应力，发现残肢所受剪切应力的最大值亦出现在摆动前期，为12.49 kPa，在整个步态支撑期中所受应力值相对其他时相大，如表3所示。

表1　各部分材料属性表 Table 1　Material property of geometry models

参数骨骼软组织硅胶套接受腔硅胶套锁弹性模量/MPa150×104015184150×104200×105泊松比030045045030030

文献[20]中，站立中期残肢所受最大等效应力为257.66 kPa，最大剪切应力为74.27 kPa，研究的模型中残肢与接受腔直接接触，受试者并未穿戴硅胶套。本研究站立中期(硅胶套弹性模量为1.84 MPa)残肢所受最大等效应力为4.16 kPa，最大剪切应力为2.37 kPa，本研究的模型中残肢穿戴硅胶套，硅胶套与残肢、接受腔之间均为摩擦接触。本研究中残肢所受最大等效应力与文献[25]基本一致。接受腔所受最大等效应力、最大剪切应力与文献[17]、[20]计算结果在同一数量级，由此可知穿戴硅胶套可以明显减小残肢所受等效应力、最大剪切应力的峰值，提高了假肢穿戴时的舒适度。

本文拟通过分析不同材料属性硅胶套在整个支撑期过程中对大腿截肢患者残肢与接受腔接触界面间的应力分布的影响，以此为大腿假肢适配方案中硅胶套的选取提供技术参考。

1.2.4　实验测量

1.2.1　模型建立

表2　地面反作用力与屈曲角度 Table 2　Ground reaction force and flexion angle

时相FX/NFY/NFZ/N角度初始接触期-8310-422519352-200°负荷反应期-10750-503535946070°站立中期-10348-872369544740°站立末期1410-7286693492430°摆动前期1149-4589217272640°

图4　受试者步态分析 Figure 4　Gait analysis for the subject

2　计算结果

2.1　等效应力

计算5个时相下残肢、硅胶套、接受腔所受等效应力。图5为受试者在5个时相下残肢所受等效应力。计算结果表明，残肢所受最大等效应力主要出现在口型边缘，以及残肢内侧、坐骨周围等位置，残肢所受最大等效应力值出现在摆动前期，为22.32 kPa，所受应力相对其他时相大。

图5　5个时相下受试者残肢所受等效应力 Figure 5　Equivalent stress of the subject in the five phases

2.2　最大剪切应力

受试者所穿硅胶套为德国奥托博克公司生产型号为6Y42的大腿假肢硅胶套，该硅胶制作原料为甲基硅橡胶，该种类硅胶的弹性模量在0.98～2.70 MPa[19]。本文取中间值1.84 MPa进行计算，假设材料为各向同性线弹性材料，各部分材料属性[20-24]如表1所示。

2.3　硅胶套弹性模量对残肢受力的影响

各时相下，随硅胶套弹性模量变化，残肢所受等效应力、最大剪切应力如表4所示。图6结果显示支撑期残肢等效应力随硅胶套弹性模量变化明显。硅胶套弹性模量为0.98 MPa时，站立中期、站立末期及摆动前期残肢所受等效应力与剪切应力最小；硅胶套弹性模量为1.84 Mpa时，初始接触期残肢所受等效应力与剪切应力最小；硅胶套弹性模量为2.27 MPa时，负荷反应期残肢所受等效应力与剪切应力最小；不同硅胶套弹性模量下，残肢所受最大等效应力以及最大剪切应力在初始接触期、负荷反应期、站立中期、站立末期时相时出现在接受腔口型边缘对应的残肢位置和残肢内侧的位置，在摆动前期时相时则出现在接受腔口型边缘对应的残肢位置、残肢内侧、坐骨周围等位置。不同弹性模量下，残肢所受应力分布规律基本保持一致，这与接受腔所特有的承重方式有关，但应力峰值随硅胶套弹性模量变化而变化。

表3　各时相下残肢、硅胶套、接受腔所受最大剪切应力(单位：kPa) Table 3　The maximum shear stress of stump, liner and socket in the five phases(unit: kPa)

部位初始接触期负荷反应期站立中期站立末期摆动前期残肢2042412372281249硅胶套10569579609116809接受腔1934318879174913293715123

图6　残肢等效应力随硅胶套弹性模量变化曲线 Figure 6　Stump’s equivalent stress change with liner’s elastic modulus

3　讨论

本文通过有限元模拟结果表明硅胶套的力学特性可直接影响残肢所受等效应力、最大剪切应力，从而可能影响假肢穿戴时的舒适度。本研究建立了带有硅胶套结构的大腿假肢有限元模型，分析过程中考虑预应力及在步行中髋关节角度变化的影响，研究模型贴近实际情况，同时分析讨论了不同力学特性的硅胶套改变残肢受力情况的规律。但本研究中模型各部分的材料属性均假设为各向同性线弹性材料，且均为均匀材料，忽略了韧带等对模型的影响。

表4　不同弹性模量时残肢所受最大等效应力、最大剪切应力值(单位：kPa) Table 4　The maximum equivalent stress and shear stress with different liner elastic modulus(unit: kPa)

时相098MPa141MPa184MPa227MPa270MPa最大等效应力最大剪切应力最大等效应力最大剪切应力最大等效应力最大剪切应力最大等效应力最大剪切应力最大等效应力最大剪切应力初始接触期453257457261355204390222445254负荷反应期404229419239422241310168403231站立中期405229413235416237410234412235站立末期390222401229399228405232397227摆动前期138578223551346223212491973111221041187

此外，因为本文探讨的是硅胶套力学特性变化对残肢应力分布的影响，这里假定硅胶套弹性模量变化值为0.98 MPa、1.41 MPa、1.84 MPa、2.27 MPa、2.70 MPa。

计算结果表明在站立中期、站立末期、摆动前期时相，硅胶套弹性模量为0.98 MPa时，残肢所受等效应力与最大剪切应力值最小；而初始接触期、负荷反应期时相，硅胶套弹性模量为1.84 MPa时，残肢所受等效应力与最大剪切应力值最小。

本报讯近日，江苏华昌化工股份有限公司在安徽亳州举行了一场玉米大型观摩会，吸引力来自当地及周边地区的近400名农户、大户参与。

在整个支撑期中膝关节不屈曲，一直保持180°伸展位，踝关节、膝关节与各假肢构件协同作用缓解触地冲击力，因此在整个支撑期初始阶段较大弹性模量的硅胶套由于抵抗变形效果更好而更加实用。最佳弹性模量还需因人而异，综合考虑假肢穿戴者的身高、体重、运动等级等情况。整个支撑期的中、后阶段冲击力减小且相对静止，较小弹性模量的硅胶套足以满足使用需求。

本研究的结果表明残肢所受最大等效应力以及最大剪切应力在口型边缘处出现，除调整硅胶套力学特性可改善残肢受力分布外，调整硅胶套口型边缘结构也可能改善残肢的受力分布，今后将进一步研究。

本研究的不足在于忽略肌肉、骨骼的材料非线性以及韧带的影响，且样本量较少，研究相对具有局限性。

4　结论

硅胶套对残肢起保护作用，对假肢支撑和悬吊功能起积极作用，在截肢患者康复过程中亦具有重要作用。硅胶套的力学特性影响大腿假肢残肢与接受腔之间接触面的受力分布，摆动前期残肢所受最大等效应力与最大剪切应力，随硅胶套弹性模量变化大，在实际适配过程中需注意，以期提高患者的舒适度。

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