生物力学测试方法范文篇1

【关键词】预真空压力蒸汽灭菌;生物学;化学;监测;影响因素

Abstract：Pre-vacuumpressuresteamsterilizationisaneffectivesterilizationmethod，butinuse，becauseofitsworkingproceduresmorecomplex，itisinfluencedbymanyfactors，suchastemperature，pressure，etc.Qualitycontrolmustbestrictlyinordertotoensurethesterilizingeffect.Thisarticlesummarizesseveralpre-vacuumsteamsterilizerpressuremonitoringmethodsandexploresthefactorsthataffectthesterilizationeffect.

Keywords：Pre-vacuumsteamsterilizerpressure;Biology;Chemistry;Monitoring;Influencingfactors

预真空压力蒸汽灭菌器是利用机械抽真空的方法，使灭菌柜室内形成负压，抽出冷空气，使蒸汽得以迅速穿透物品内部进行灭菌。但在使用过程中，由于其工作程序较复杂，常受到温度、压力等受多种因素的影响，必须严格质量管理，才能确保灭菌效果。我们总结了几种预真空压力蒸汽灭菌的监测方法，并探讨了影响灭菌效果的因素[1]。

1预真空压力蒸汽灭菌监测方法

1.1生物学监测

使用活的细菌芽孢制成生物指示剂，其抗力均大于或等于各种致病微生物。在第1个灭菌周期(灭菌时间3min)对嗜热脂肪杆菌(ATCC7953)芽孢未全部杀灭。经过第1个周期后(灭菌时间5、7、9min)对嗜热脂肪杆菌(ATCC7953)芽孢全部杀灭。用生物指标剂来证明灭菌物品内微生物是否全部死亡，是判断灭菌是否合格的直接指标，也是最可靠的监测方法。高压蒸汽灭菌所用生物指示剂是用嗜热脂肪杆菌芽孢制备，干热灭菌和环氧乙烷灭菌所用生物指示剂则是以枯草杆菌黑色变种芽孢制备的[2]。但由于使用生物指示剂操作复杂，几天后才能出结果，不适于日常监测。卫生部《消毒技术规范》要求，使用生物法监测压力蒸汽灭菌柜每月1次。监测使用的生物指示管必须放于标准包内，标准包放在灭菌柜的最低层，主要考虑蒸汽穿透物品的时间和压力蒸汽灭菌柜温度最低处，具有代表性[3]。

1.2化学监测

用某些热敏化学物质配成印墨印制而成。在一定温度的饱和蒸汽条件下作用一定时间，使其颜色改变，再根据标准色来判断是否达到灭菌条件，因此是间接指标，种类有B—D试验指标图、化学指示胶带和化学指示卡。

1.2.1B-D测试(Bowie—Dicktest)专门用于预真空(包括脉动式喷射式等)压力蒸汽灭菌器空气排除效果的监测。预真空不可能达到绝对真空(约有2%空气)。因此，空气的存在影响蒸汽对物品的穿透和杀菌效果，可导致灭菌失败。所以，压力蒸汽灭菌时以物品包中是否有空气团的存在作为灭菌能否成功的一个重要指标[4]。卫生部《消毒技术规范》要求：每日进行一次B-D测试。如B—D测试失败，须仔细查找原因，直至B-D测试通过后，该灭菌柜方能使用。B-D测试设计原理是使试验包成为灭菌器内残留空气的聚焦点，因为热蒸汽进入柜内时，它相对较大的体积和可透气性布料极易吸附、“捕捉”残留空气。真空测试图上的化学指示剂对残留空气具有敏感性，能检测出残留空气在试验包中是否存在。

1.2.2化学指示胶带(包外指示胶带)用于每个包裹的包外，指示已暴露于某种灭菌过程，以区分灭菌和未灭菌的物品，而不能作为灭菌可靠与否的指示剂。

1.2.3化学指示卡(包内指示卡)是对灭菌温度、时间、饱和蒸汽的综合反映，用于考核每个包裹内部灭菌情况，如果灭菌过程中出现灭菌器，蒸汽质量和人为因素都会使监测结果不准。

2预真空压力蒸汽灭菌效果的影响因素

影响灭菌质量的因素包括选择正确的灭菌方法，有保证的清洁过程，正确的包装方法，灭菌锅的正确装载和操作，有效地灭菌监测等。

2.1生物监测是通过标准化的菌株和合乎要求的抗力来考核整个负荷是否达到无菌，保证无菌水平，能反映导致灭菌失败的各种因素，生物指示菌管监测虽然具有权威性，但耗时长，对日常灭菌效果的指示性差，缺乏实用性，因此只能作为阶段性监测。《消毒技术规范》要求，压力蒸汽灭菌生物监测包应布放在灭菌柜的上层、中层中央和排气口处，每一个点平行放置两个生物指示菌管，任何一个生物指示菌管呈阳性结果(有细菌生长)时，均为灭菌失败，因此生物指示菌管监测是评价灭菌效果常用且可靠的方法，我国新颁布的《医院感染管理规范》要求，对日常使用的灭菌柜应每月进行生物监测，新购进的灭菌柜，使用前必须进行3次以上生物监测，均合格后方可正式使用，对于新启用的包装容器、材料、摆放方式、排气方式等改变时，均应连续进行3次生物监测，合格后才能启用。

2.2虽然B-D测试纸对灭菌过程中温度、压力的变化比较敏感，但其结果只说明预真空灭菌柜排除冷空气的程度而不能表达灭菌是否合格，其不合格通常意味着灭菌柜发生故障或操作程序有问题，另外B-D试验不同于其他化学指示剂，不能表示灭菌参数，只适用于预真空压力蒸汽灭菌柜，不适用于下排气压力蒸汽灭菌锅(柜)。预真空压力蒸汽灭菌柜做B-D测试前必须先预热，按规定应在134℃条件下，作用3.5min(最长不应>4min)，若任意延长时间，会使原来出现的变色不均匀变为均匀，掩盖了存在冷空气团的可能，因此判断灭菌效果时，应参考多方面的监测结果。

2.3化学指示卡是多参数指示剂，主要反映灭菌的某些关键参数，即压力蒸汽灭菌的温度、时间和蒸汽质量，用于核查每个包内部的灭菌情况，但只能代表其所在包的灭菌状态，而不能通过灭菌柜内布点来反映其他包裹的灭菌效果。化学指示卡虽然经济方便、快捷直观，但对温度、压力变化不敏感，误差有时>25%，在达不到所规定的温度、压力时仍能变色合格，同时包内化学指示卡颜色变化受蒸汽饱和度和放置位置的影响，易出现假阳性结果造成误判，缺乏一定的准确性[5]。

压力蒸汽灭菌是一个复杂的过程，由于受多种因素影响，常出现一定的波动性，当这种波动超出运行条件所允许的范围时，即使化学指示卡变色合格，亦不能达到杀灭细菌芽孢的目的，故在日常灭菌工作中，要重视灭菌程序条件的控制，判定灭菌过程的终末质量时，应将B-D测试、化学指示卡监测和生物指示菌监测方法有机结合，综合分析，才能确保灭菌效果监测的有效性和可靠性。

参考文献

[1]黄靖雄.如何保证灭菌的质量[J].中华医院感染学杂志，2000，10(2)：88.

[2]姚立宏.新型预真空压力蒸汽灭菌器实用灭菌效果观察[J].中国消毒学杂志，2005，22(1)：41-42.

[3]丛莉.预真空压力蒸汽灭菌器使用与监测的研究进展[J].医疗装备，2004，(1)：l7-l8.

生物力学测试方法范文

【关键词】机械结构；阻尼；测试装置

1引言

随着海洋油气开发逐步进入深水，水下设施尤其水下机械结构在深水海洋开发中扮演着越来越重要的角色。水下机械结构具有布置灵活、适应性强、可重复使用、成本较小等优点，同时由于反复承受海洋波流等复杂环境荷载，水下机械结构所承受的阻尼力对其力学性能及稳定运行产生重要影响。本文通过对水下阻尼力分析方法进行理论研究，并开发出一种水下机械结构阻尼测试装置，为水下机械结构的力学性能试验提供了依据和参考。

2流体力学基本理论及水下阻尼力分析方法

2.1流体力学基本理论

流体运动应遵循质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律3大定律。在流体力学理论中体现为连续性方程、动量方程和能量方程。我们一般把液体看作是不可压缩流体，气体看作是可压缩流体。海洋工程中，水下机械结构所承受的海洋环境通常作为不可压缩流体进行考虑。黏性是流体抵抗剪切变形的一种属性。不同的流体在相同的剪切力作用下其变形速度是不同的，即流体的黏性不同。自然界中的通常的流动状态主要有两种形式，即层流与湍流。层流是指流体在流动过程中流体运动较为规则，流体层间没有相互掺混，质点的轨线光滑，且流场稳定；而湍流的特征则不同，流体层间运动不规则，各部分激烈掺混。一般而言，海洋工程中海床边界层、海面边界层范围内的水流运动情况十分复杂，湍流较为普遍。而其他水深范围内通常可认为是层流运动。

2.2水下阻尼力分析方法

海洋工程中，结构物的阻力一般由两部分组成：①由于流体的黏性在物体表面上作用着切向应力，由此切向应力所形成的摩擦阻力；②由于边界层分离，物体前后形成压强差而产生的压差阻力。摩擦阻力和压差阻力之和统称为结构物所受阻尼力。学术界研究及工程经验得出，结构物阻力与来流的动压、结构物在垂直于来流方向的截面积A成正比，即单位长度的结构物所受到的阻尼力为D=1/2ρU2dCD，CD为阻力系数。

3水下机械结构阻尼测试装置开发及测试方法

3.1水下机械结构阻尼测试装置开发

水下机械结构阻尼力的测试需要对海洋流速U及机械结构在波流冲击下所受阻尼力进行测试。同时根据现场实际工况，考虑不同流速、不同角度下海流对机械结构的冲击作用。考虑在静止流体中模拟运动情况，即通过控制机械结构系统的运动速度来实现结构物在海洋环境中的模拟。考虑设计一套承载系统来对机械结构物进行固定。为了实现不同角度模拟，进行变角度设计。同时，考虑不同流速的模拟，进行可连续调速的动力与传动系统设计。水下机械结构阻尼实验需要对结构物与海水的相对运动速度、机械结构物所承受的阻尼力进行测试，因此进行测试系统设计。水下机械结构物承载系统包括承载悬臂、角度调节器、运动模块、触发装置等部件。可实现水下机械结构与海流之间0、30、60、90等不同夹角的阻尼力试验模拟，承载系统采用可拆卸架式结构，在满足强度设计要求的同时，兼具质轻，利于测试，误差小等优点。传动装置系统由变速电机、变频器提供系统动力，包括传动轮、传动链、限位装置、触发结构等组成结构。水下机械结构阻尼测试装置可实现适用于0~200m水深、水下机械结构物0.5~40m尺度范围、海流速度0.5~10节范围的原型模拟。

3.2水下机械结构阻尼测试方法

通过对原型的简化模拟，可分析出承载悬臂匀速运动时，悬臂受到水下机械结构作用的水平力，考虑水下机械结构物运动速度恒定，此水平力与水下机械结构所受到的阻尼力相等，因此所测出的承载悬臂上水下机械结构的水平力即为阻尼力。阻尼力测试方法采用应变测试法，通过应变计的设计与信号采集，得出应力及应变参数，从而通过计算得到阻尼力。海流流速模拟测试方法通过使用光电编码器在试验中采集承载系统的运动-时间信号，从而测试得出海流流速，此方法测试精度可达0.001m/s。

4实例分析

以南海某海域海上油田工程项目中所使用的20m长水下抛砂机械导管为例，进行水下机械结构阻尼测试分析，数据如表1所示，测试试验相似比为1：100.由σ=Eε，εmax=M/WZ其中，WZ=IZ/ymax对矩形截面（高h，宽b），WZ=bh2/6=1.33×10-6m3，M=Fd×LF，Fd为阻力，LF=0.4m为机械导管中心与应变计的距离。悬臂为铝材质，E=68GPa，G=26GPa（见表2）。根据表2数据，经过与现场测试结果对比，该试验结果误差率约3.2~9.8%，模型试验方法及测试结果较为可靠。

5结论

本文对水下机械结构的阻尼分析方法进行了探讨，并开发了一种水下机械结构关键阻尼参数的测试装置，为水下机械结构力学性能的试验研究提供了参考方法；该水下机械结构阻尼测试装置测试精度可靠，通过与现场测试比对，误差率小于10%，可为今后深水海洋工程中水下机械结构抗阻尼设计提供借鉴。

参考文献

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关键词：运动生物力学；研究方法；测量手段

中图分类号：O3文献标志码：A文章编号：1673-291X（2011）04-0240-02

一、运动生物力学的发展过程

1.运动生物力学的启蒙阶段。公元前384―322年，古希腊的哲学家和科学家亚里士多德就注意观察在日常生活中人和动物运动的力学问题。15世纪末，意大利科学家列奥纳尔德・达・芬奇（LeonaardoDavid）用人的尸体研究解剖学，并在此基础上借助力学研究人体的各种姿势和运动，指出人体的运动服从于力学定律，运动生物力学的雏形。

2.运动生物力学的初步形成。20世纪，德国的布拉温（Braune）和菲舍尔（Fisher）利用解剖尸体的实验方法测定人体各部分相对重量和重心位置，并开始用动力学的方法研究人体运动。20世纪30年代，英国生理学家希尔（Hill）取青蛙的离体缝匠肌进行实验，得出著名的Hill方程，即肌肉收缩的力速方程，并由此获得诺贝尔奖，从而奠定了肌肉力学的基础。

3.运动生物力学的快速发展阶段。1972在美国宾夕法尼大学召开的第四届国际生物力学会议上将运动生物力学从生物力学中划分出来。近三十年运动生物力学得到了迅速的发展，20世纪80年代到达鼎盛时期。运动生物力学除了与解剖学、生理学结合较多外，与医学、康复结合也逐渐密切，研究成果的水平有了很大的提高。现在摄影测量已发展到三维高速录像（如美国Pea5系统），测力系统已发展到6分量测力台（如瑞士Kistler系统）、关节肌力矩测量系统（如美国Cybex系统）等，已基本形成了相对完善并互相支持的运动学、动力学和肌电测量三大系统[1-2]。研究内容已经由为奥运战略服务向竞技体育上扩展，对人体的研究，已由对人体整体运动的研究，逐渐发展到不同环节和结构的深入研究；由对人体运动的描述性研究，发展到探讨运动时神经肌肉的控制以及运动系统和感觉系统的整合。

二、运动生物力学研究方法的分类

从研究的形式上，可分为理论研究方法和实验研究方法两大类，实验研究方法又分实验室测量法和运动测量法。从研究的领域上，可分为物理学研究方法、生物学研究方法和系统研究方法。从研究材料的来源上可分为原始资料数据的采集整理和资料分析方法。研究运动项目主要以运动学和动力学研究方法为主，生物学的研究方法为辅，综合运用多种实验手段[3]。

美国的理查德・C.尼尔森把运动生物力学的研究方法大致概括为如下五种：（1）研究特定的运动项目或其中的某一环节的生物力学，这种主要对于运动员、尤其是只对某一运动专项感兴趣的教练员非常有用。（2）研究多个运动项目中共同包含的运动动作（如着地、起跑等动作）的生物力学。最大好处是建立一种一般性的理论，这个理论是建立在经典力学定律之上，或是建立在共同的神经控制模式之上。（3）被称为运动生物力学的评定方法，如从能耗观点去评价运动技术的优劣等。（4）指对某一专项运动所涉及的生理学、运动学、动力学以及专项特点等有关方面进行综合考虑。（5）讨论在运动中人体器官的生物力学。

中国的周里将研究的方法分为高速摄影（二维与三维）、录像、测力、肌电、肌力测试系统、同步测试、理论分析和CT、核磁共振其他方法[4]。

三、运动生物力学研究方法的现状分析

1.理论研究方法。运动生物力学理论研究方法的关键是建立人体运动的力学模型。理论研究方法主要是探索人体运动的规律，它的研究对象、研究目的、研究方法和研究成果均不同于实验方法。理论研究方法的研究对象是抽象的人体模型，目的是揭示运动规律，核心是经典数学力学的推导运算，结论是揭示运动的内在机理。人体运动数学模型方法是理论研究常用的主要方法。自20世纪80年代后，数学模型方法有了许多新的突破和进展，但人体运动数学模型方法在中国尚未得到广泛应用[5]。

目前运动生物力学主要是研究人体内部运动器系和表现于外部的人体整体机械运动特征。为了便于研究，运动生物力学理论方法的关键是建立人体运动的模型来描述运动。大体有两种方法：第一种方法是人体系统仿真研究方法，其代表人物是南非的力学专家Haze；第二种方法是应用多刚体系统动力学理论建立力学模型，代表人物是美国力学专家Kane。在运动生物力学研究中，大多数力学系统的运动都受牛顿运动定律控制，所以建立的模型都是牛顿力学系统的数学形式。但牛顿力学对于活体显然是不适合或不完全适合，这已被理论或实践所证实。因而牛顿力学对肌肉、骨骼、关节系统的力学特征及在解决人体运动器系和整体运动之间的因果关系，把握人体运动行为生物力学规律的体质方面还有相当困难。模型建构是指对数学力学分析所研究问题的模型建构。建构模型的基本标准是代表性、简单性和实效性。模型按其功能可分三个层次：描述性模型、解释性模型和预测性模型[5]。数学模型目前有（1）Hanavan的人体测量数学模型；（2）SantschiwL等的环节集合分布模型；（3）Zatsiorsky的数学模型；（4）中国人体模型；（5）邱亚君和李建设建立的人体二维转动惯量数学模型。

2.实验研究方法。比较成熟的测量方法有两种：一种是在实验室条件下，采用各种类型的测力计和先进的多功能肌力测量系统，对与运动有关的主要肌群进行定量测量，此法可简称为“实验室测量法”。另一种是在运动场上通过训练器械或反映运动员专项力量的训练手段，测定运动员的专项力量训练水平，此法可称为“运动测量法”。实验研究方法与理论研究方法相比较略显成熟，主要有以下特点：（1）在检测手段上随着工程技术的进步，手段越来越多样化。从“传统”的摄影技术发展到三维立体摄影，已经能更精确反映事物的运动特征，而且许多新的现代化技术装备也被应用到运动生物力学研究上，例如激光瞄准测试分析系统、爱捷运动图像分析系统、六维测力平台SAEMS-T、四导遥测肌电仪、万能材料试验机等。（2）实验室测量方法与运动场测量方法相结合[6]。

四、运动生物力学研究方法的发展趋势

未来数年运动生物力学的研究方法发展趋势可归纳为：

1.竞技体育技术测试研究方法的发展趋势，是向着适合于各个运动项目需要的、能现场及时反馈测试分析结果的仪器设备与方法和提供详细测试分析报告的仪器设备与方法两条并行的途径发展。（1）三维跟踪摄像、摄影测量方法的推广；（2）摄像、摄影精度逐步提高；（3）三维摄像、摄影测量逐步普及；（4）影像测量点识别、采集的自动化；（5）足底压力分布测试三维化；（6）运动技术测试仪器专项化、反馈快速化；（7）数学力学模型和人体运动仿真使用化等[6]；以后主要是对经典力学分析、力学模型研究、运动技术最佳化、人体运动仿真、肌肉力学模型等方面进行重点研究，使研究方法和测量手段进一步向科学化和合理化发展[7]。

2.关于模型参数的选择和确定，取决于参数的功能，即区分敏感参数和常规参数，并且使这些参数定量化和具有可比性。关于数据采集，首先是数据采集的标准化，然后是对数据进行力学分析和评价，更重要的是对所采集的数据进行模型模拟，因为模型模拟可以产生有关自变量对应变量影响的系列信息，并建立两类变量之间的数―力关系，从而为技术分析、技术控制和技术最佳化提出预测，为运动损伤、康复手段的选择提供方案[8～9]。

3.运动器系的力学负荷、负荷分布和负荷能力以及运动器官、组织和系统的材料力学是预防生物力学的基础。重力、支持力、相互作用力、介质阻力以及摩擦力可作为对运动器系的负荷。通常使用但并未充分证明是否可靠的指标有最大力、最大加速度、最大力矩、最大力梯度以及冲量、角冲量和它们的持续时间。所谓“最大”值也只是相对极限值。人体机能代偿能力的储备性决定了绝对最大值是不可计测的。近年来关于运动器械，包括鞋、服装方面的生物力学研究已引起人们的重视，这将是一个很有吸引力且富有商业价值的领域[10]。

4.测量技术、遥测技术和肌肉动力学测量技术（包括离体或在体肌肉动力学测量过程）将成为今后发展的重点，实验方法与理论模型相结合的综合研究日趋增加，主要趋向是遥测无线部分数据发射与数据采集装置的小型化和测量过程及结果分析的快速化。

5.运动损伤的研究将是生物力学新的研究领域。成都体育学院周继和教授针对运动性急性损伤或慢性损伤的腕关节，采用INSTRON8874生物力学测试系统进行人体腕关节软骨盘“压缩―扭转”试验，观察其组织结构的变化，有助于了解损伤的机制，并提出有效的防治方法。南京体育学院钱竞光教授撰写的“股骨颈受载的计算机模拟及其骨折的生物力学机理研究”通过计算机模拟方法研究不同颈干角在相同骨质条件、相同载荷下，其股骨颈的应力变化规律，探讨颈干角、骨密度与股骨颈骨折的关系。

随着运动竞技水平和运动训练科学化程度的提高，运动生物力学研究的方向也将从简单的对人体动作技术分析深入到对内在机理的探讨，随着医学科学和康复科学的发展骨科生物力学、临床生物力学、康复生物力学以及生物工程中的生物力学等将得到迅速发展，逐渐成为国际运动生物力学的主要研究领域。

参考文献：

[1]郑秀瑗.现代运动生物力学[M].北京:国防科技出版社，2002:2-4.

[2]周思红.运动生物力学研究的回顾与21世纪展望[J].山西师大体育学院学报，2000，(1):73-77.

[3]刘海斌.从三维体育观看运动生物力学研究[J].吉林体育学院学报，2004，(2):74-75.

[4]周里.中国运动生物力学研究现状分析[J].上海体育学院学报，1997，(1):23-26.

[5]赵焕彬.中国运动生物力学的研究现状与发展趋势[J].河北师范大学学报，2001，(3).

[6]武汉体育学院.第六届全国体育科学大会论文摘要汇编[G]，2000.

[7]卡斯达斯.第二十届国际运动生物力学会议论文集[C].阿根延：阿根延大学，2002.

[8]李建设.运动生物力学学科发展的几个理论问题[J].体育科学，1997，(6):77-80.