题目：长骨声振动特性及其频谱特性分析与研究

　 骨折是临床骨科中的一种常见病，仅我国每年骨折病人达1200多万。对骨折愈合程度的估计，传统上主要采用X线检查叩诊，X线不仅对人体有损伤，由于X线成像依赖于骨痂的矿化程度。尤其骨折愈合初期，X线无法准确估计治疗情况。叩诊与医生的经验密切相关。CT、MRI技术为骨折愈合程度估计提供了一些新的手段，但费用太高，且分辨率有限。若骨折愈合程度不能及时准确地诊断，甚至误诊，将会增加治疗困难，延长骨折愈合时间，影响病人的康复。所以探索一种无损、量化的客观评价骨折愈合程度的方法，是当今生物医学工程研究的重要课题。国外学者在这方面进行了许多研究，取得一些成就。国内钱盛友同志在这方面亦进行了一些研究，得到一些结果。但是这些研究因重复性不够理想或操作不方便，目前尚不能在临床上得到应用。本文旨在探索一种无损的、量化的、客观的诊断骨折愈合程度的新方法。 文中作者从振动理论出发，考虑了长骨的质量和刚度分布性质，将长骨模拟为沿长度方向变直径的圆管杆单元，计入剪切和转动效应的影响，建立了长骨振动模型，用有限元法分析计算了长骨在简支条件下振动的低阶固有频率与骨的弹性模量之间的变化关系，取得了理论与实验相符的结果。在总结国外各种测试方法的基础上，参考冲击与振动测试技术，建立一套由带力传感器的叩击锤、双加速度计、12Bits A/D转换板、PC微机、电荷放大器组成的高精度的集采集、处理于一体的测试系统，用C语言编了一套多功能的信号处理软件。为了提高测试精度，从振动分析和信号系统角度分析了加速度计质量、软组织对骨振动频谱特性的影响，为测试提供了有意义的指导。通过大量实验测试及用谱精度函数、传递函数、相关函数等方法对测试数据进行分析处理，比较各种分析方法所得结果，寻找出一种确定骨折愈合程度的最佳方法--互谱密度函数分析法。经对离体牛胫骨、在体正常人胫骨及骨折肢中叩击声振动特性分析研究，结合骨的有关知识得到主要结论如下： 1、理论分析和实验验证表明所建立的模型是正确的，与以前学者所建立的模型相比，更接近真实骨的振动，为临床测试提供了有价值的参考。 2、通过大量实验发现，在低频范围内，骨中声传播无频散现象，但有方向性。 3、在体测试中，选取的分析频率范围应大于软组织的自振动频率而小于加速度计在软组织上的共振频率。拾振时，拾振加速度计质量越小，测试结果受到的影响越小。 4、经实验验证：在各类分析方法中，互谱是描述骨振动特性较可靠的方法，它具有较好的重复性和稳定性。 5、不同对象（人）的胫骨振动互谱主频有一定差异，这与他们胫骨的几何、力学参数不同有关，一般在132~145Hz内有峰。同一对象左右胫骨互谱主频基本相同，它为实验测试提供了客观判断依据。 6、骨折后高频成分减弱，骨的缺陷越大，互谱主频越低，随着骨折的愈合，骨折肢和正常肢振动的互谱主频偏差逐渐减小，比较骨折肢和正常肢的互谱主频，即可判断、评价骨折肢的愈合程度。 本文所建立的骨振动模型、各种参量对骨振动的影响以及采用互谱主频差异判断骨折的愈合程度等结论在国内尚属首次，在国内外文献中亦未见报道。此项工作的开展，为骨科临床研究提供极有价值的参数，为无损、量化、客观诊断骨折愈合程度提供了重要方法。