基于LabVIEW的離體脊柱穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、脊柱具有支撐和承受載荷的作用，它的生物力學(xué)性質(zhì)一直是臨床醫(yī)生和科研人員的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。對(duì)脊柱的三維運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行精確、定量的描述，對(duì)于理解脊柱疾病損傷的發(fā)生機(jī)制從而確定合理的治療方法、正確評(píng)估外科手術(shù)和植入器械對(duì)脊柱運(yùn)動(dòng)行為的影響有著極其重要的意義。然而，脊柱作為柔性的負(fù)載體，其運(yùn)動(dòng)方式復(fù)雜多樣，這給脊柱的生物力學(xué)穩(wěn)定性測(cè)量帶來了不少困難。這也間接導(dǎo)致了以往的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軟件功能單一等問題。針對(duì)這些問題，本文研制出了既簡單又能

2、真實(shí)準(zhǔn)確地反映脊柱在生理狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的測(cè)試系統(tǒng)，以LabVIEW為開發(fā)工具的軟件系統(tǒng)，能夠測(cè)量脊柱的應(yīng)變、運(yùn)動(dòng)范圍等信息，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。本研究的主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)部分：
　?、僭O(shè)計(jì)一套由傳感器、特制夾具、材料試驗(yàn)機(jī)、單片機(jī)等構(gòu)成的脊柱應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬脊柱側(cè)彎、前屈、后伸、軸向壓縮等方向的運(yùn)動(dòng)，記錄載荷、位移、應(yīng)變等信息?；贚abVIEW平臺(tái)開發(fā)的數(shù)據(jù)采集模塊用于控制數(shù)據(jù)采集過程，數(shù)據(jù)綜合模塊用于

3、整合傳感器所測(cè)的應(yīng)變信號(hào)和試驗(yàn)機(jī)記錄的載荷、位移數(shù)據(jù)，分析顯示模塊對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得直接反映脊柱穩(wěn)定性的應(yīng)變、剛度等特征參數(shù)。利用該系統(tǒng)對(duì)5具人體脊柱標(biāo)本T12-L2節(jié)段進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試獲得了準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。
　　②設(shè)計(jì)一套由圖像采集裝置、特制夾具、材料試驗(yàn)機(jī)、PC機(jī)等構(gòu)成的脊柱運(yùn)動(dòng)范圍（Range of motion，ROM）測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)嵤﹤?cè)彎、前屈、后伸、扭轉(zhuǎn)等方向的加載。實(shí)驗(yàn)前在目標(biāo)椎體中插入標(biāo)記針，利用

4、LabVIEW開發(fā)環(huán)境和圖像處理技術(shù)，提取原始圖像中的感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）,經(jīng)過圖像增強(qiáng)、形態(tài)學(xué)運(yùn)算等步驟后，提取標(biāo)記針的角度信息。實(shí)驗(yàn)中使用6具人體T7-T10節(jié)段脊柱標(biāo)本，分別實(shí)施左\右側(cè)彎、前屈、后伸、順\逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)方向的加載，記錄T8、T9椎體上的標(biāo)記針角度信息。最終測(cè)得T8-T9節(jié)段的ROM從1Nm至5Nm表現(xiàn)為逐漸增加，且數(shù)值大小與前人的研究相符。
　　總之，本文所設(shè)計(jì)的脊柱穩(wěn)定性