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摘要:目的 用数值模拟方法探讨人体骨密度改变对人体脊柱着陆冲击响应的影响。方法 通过人体扫描CT图片构建人体头骨、颈椎、胸椎、腰椎、尾椎、盆骨、韧带的三维物质点模型，并将这些模型固定连接作为人体脊柱模型固定置于利用MPM3D程序构建的长方体椅背物质点模型上，构建人体脊柱着陆冲击模型。在椅背上施加加速度载荷，模拟人体脊柱仰卧于椅背受到着陆冲击载荷的情况。通过改变脊柱骨骼密度及对应骨骼弹性模量模拟计算不同骨密度下人体脊柱的着陆冲击响应。结果 正常骨骼密度时，人体脊柱的整体损伤评价γ值为1.589 3；骨密度分别减小2%、4%、6%、8%、10%时，对应人体脊柱的整体损伤评价γ值分别为1.608 6、1.634 7、1.641 0、1.662 5、1.680 5。结论 在受到相同的冲击载荷时，人体骨骼密度越小，人体对冲击载荷的响应越大，越容易受伤。

摘要:目的 设计一种新型高性能血管支架，使其能够在保证足够径向刚度的前提下减小支架厚度及金属覆盖率，并具有较好的轴向柔顺性，以达到减少支架内再狭窄的目的。方法 基于对称结构孔及非对称孔结构变形能力的研究，通过数值模拟方法对支架结构进行分析设计，并利用实验方法对加工后的支架进行径向刚度及弯曲刚度的测试。结果 新的支架结构具有较高的径向刚度、较小的金属覆盖率和较好的轴向柔顺性，对减少支架内再狭窄的产生具有一定意义。结论 基于非对称孔结构的支架设计方法是有效的，并且能够借此设计出高性能的血管支架结构。

摘要:目的 探讨利用应变能衰减率来确定软组织单轴拉伸的预调次数的方法。方法 以健康的新西兰大白兔的腹部皮肤为研究对象，裁取与腹白线平行（0°）、垂直（90°）两个方向上的条状试样，进行应变为15%的单轴拉伸预调实验。将获得的载荷 位移加载卸载实验数据、转换成相应的应力 应变数据，并利用MATLAB编程计算应变能衰减率η=Wn－Wn－1Wn－1×100%（Wn表示第n次预调的应变能损失），获取η分别≤5%和10%条件下的预调次数n。结果5%衰减率下，0°和90°方向上的预调次数均值分别为11.11和13.67。10%衰减率下，0°和90°方向上的预调次数分别为6.67和7.78。结论 利用应变能衰减率可以量化软组织单轴拉伸预调次数，为软组织生物力学测试的标准化提供了研究基础。

摘要:目的 发展一种识别受体与配体相互作用中关键氨基酸残基的计算机新方法。方法 GPIb?/vWF-A1的晶体结构取自PDB数据库；利用自由分子动力学模拟，观察GPIb?/vWF-A1复合物结合面上的盐桥和氢键的形成和演化；利用分析计算得到的这些盐桥和氢键的生存率的高低，作为度量相互作用残基对之重要性的判据。结果 在GPIb?/vWF-A1的结合面上，GPIb?的21个残基和vWF-A1的21个残基显著参与了GPIb?和vWF-A1间的相互作用，这些残基中的20个已得到突变实验的证实。结论 该方法能较好地预报和识别受体-配体相互作用中的关键残基，并可为传统的氨基酸残基突变实验和抗凝血栓药物设计提供指导。

摘要:目的 研究典型男性阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症（OSAHS）患者在平静呼吸时上气道气流运动特性，以及气流对软腭和悬雍垂作用的动力特点。方法 基于患者CT影像数据建立可靠的上气道流场几何模型，以临床睡眠监测数据作为数值模拟边界条件的依据，采用低雷诺数的湍流模型计算获得一个完整呼吸周期内上气道气流运动规律。结果OSAHS患者在呼吸过程中，上气道气流流动形式有显著差异。在吸气阶段，上气道腔内流速可达9.808 m/s，最大负压可达-78.856 Pa，鼻腔顶部出现局部回流，软腭受到的最大气流压力为-10.884 Pa，悬雍垂受到的最大气流压力为-51.946 Pa，气流对软腭和悬雍垂造成的最大剪切应力分别为78和311 mPa。在呼气阶段，上气道腔内最大流速为10.330 m/s，最大负压为-51.921 Pa，口咽部和鼻腔顶部均出现局部回流，且口咽部顺时针回流现象显著，软腭受到的最大气流压力为2.603 Pa，悬雍垂受到的最大气流压力为-18.222 Pa，软腭和悬雍垂受到的最大剪切应力分别为51和508 mPa。结论 口咽部是易塌陷的部位，一个呼吸循环过程的数值模拟可以捕捉到上气道流场显著的回流特征，上气道回流直接影响软腭和悬雍垂所受的力，同时也关系到患者呼吸的流畅程度。

摘要:目的 通过数值模拟仿真研究中央分流手术（central shunt, CS）的血流动力学环境，并分别研究弹性与刚性血管壁条件对其血管内血流动力学参数分布的影响。方法 建立两个理想化的CS搭桥模型，其中一个假设为刚性血管壁，另一个为弹性血管壁。利用有限元方法进行数值计算，其中弹性血管壁模型采用流固耦合方法。结果 两个模型中的流速和压力分布总体大致相同。刚性血管壁模型中大约有68.9%血液从主动脉分流进入肺动脉中，弹性血管壁模型中该值增加到了70%。弹性模型和刚性模型中搭桥血管两端的压降分别为7.668 8 kPa和7.222 3 kPa。弹性模型中搭桥管各处的横截面积有一定变化，最大变化率约为2.2%，出现在近心端吻合口处。提取两个模型中的5个关键区域进行壁面切应力比较，其数值差别最多约为16.1%。结论 总体来说两个模型的血液流动形态没有大的改变；血管的弹性因素轻微影响了流量的分布和搭桥管两端的压降；搭桥管上血管的弹性对近心段吻合口处的影响高于对远心端吻合口处的影响。在CS术治疗法洛四联症的数值模拟仿真中血管壁为刚性这一假设是可以接受的，而流固耦合的数值模拟将得到更为可信的仿真结果。

摘要:目的 数值模拟研究血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）分泌量及分泌来源对肿瘤血管生成的影响。方法 建立肿瘤内外血管生成的二维离散数学模型。围绕VEGF的分泌及其诱导新生血管形成肿瘤富血管区的过程，考虑细胞外基质的旁分泌作用以及对内皮细胞运动的趋触作用，以微血管密度作为定量指标，探讨VEGF的分泌量及不同的分泌来源对血管生成的影响。结果 肿瘤增殖细胞区、VEGF高浓度区、富血管区三者统一，微血管密度与VEGF的表达有关，随着增殖细胞区域的扩大，即VEGF的表达越来越多，微血管密度也越来越大，但在不同类型的肿瘤中，VEGF不同分泌来源的比重与微血管密度无明显相关性。结论 模型探讨了VEGF分泌量及分泌来源对肿瘤血管生成的影响，其中对VEGF的不同分泌来源的考虑可作为研究靶向VEGF治疗肿瘤的模型基础。

摘要:目的 对单纯肱骨大结节骨折的3种不同内固定方式(螺钉、张力带、肱骨大结节锁定钢板)进行生物力学测试，比较其稳定性，为临床肱骨大结节骨折内固定物的选择提供生物力学依据。方法 取18具保留肩袖肌的新鲜冰冻成人肱骨尸体标本，建立肱骨大结节骨折模型后，随机编号分为3组，分别采用螺钉、张力带及肱骨大结节锁定钢板技术固定大结节骨折块，牵拉冈上肌，测试力-位移曲线，记录2组参数：大结节移位5 mm时力的大小（load to 5 mm yield point, LtYP）及失效负荷（load to failure, LtF）。结果3组标本(螺钉组、张力带组、肱骨大结节锁定钢板组)在大结节移位5 mm时力的大小分别为(377±86)、(499±90)、(793±52) N，3组标本间LtYP差异有统计学意义（P<0.01）；两两比较，锁定钢板组LtYP远大于螺钉组（本研究中仅3例在内固定失效前位移达到5 mm），差异有统计学意义（P<0.01），锁定钢板组LtYP相比张力带组差异有统计学意义（P<0.01），张力带组LtYP相对螺钉组表现出明显的统计学意义（P<0.01）。3组标本失效负荷分别为(744±112)、(908±93)、(979±143) N，3组标本间LtF差异有统计学意义（P<0.01）；锁定钢板组LtF相对螺钉组具有明显的统计学意义（P<0.01），张力带组LtF相对螺钉组有统计学意义（P<0.01），但锁定钢板组LtF与张力带组之间无明显统计学差异（P>0.05）。结论 肱骨大结节锁定钢板组相对螺钉组及张力带组表现出明显的生物力学优势，锁定钢板将为临床治疗单纯肱骨大结节骨折提供新的、更好的选择。

摘要:目的 利用基于时间步耦合的几何多维度方法，模拟单心室疾病体肺分流术后的血流动力学，得到搭桥管局部三维流场和手术前后整体血流动力学信息。方法 首先，通过术前的心血管集中参数模型（0D）和手术搭桥管三维模型（3D）建立0D-3D耦合的多维度血流动力学模型，并讨论模型0D-3D交界面耦合条件及时间步耦合算法；其次，实现了基于格子Boltzmann方法的3D 计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）和0D集中参数模型耦合求解的多维度仿真；最后，通过多维度模型与术前集中参数模型的结果对比手术前后血流动力学变化。结果 多维度仿真得到了术后心血管整体血流动力学改变和手术局部的三维流场信息，模拟结果显示肺循环分流比由术前32.21%提高至57.8%。结论 体肺分流术中植入连接体循环和肺循环的搭桥管能够有效增加单心室病人肺循环的供血；几何多维度仿真能够有效模拟心血管整体血流动力学改变和所关心部位的三维流场信息，对心血管临床术前规划有重要意义。

摘要:目的 建立一套数字化机器人辅助手术系统再现真实手术过程，并通过仿真系统与外部力反馈设备的结合实现对虚拟环境中机器人的控制和力觉反馈。方法 系统的设计包括：基于生物力学理论的人体组织建模、基于有限元方法人体组织生物力学模型的计算、外部力反馈设备的设计、控制算法设计等。通过多层次模型、系统集成等方法，实现基于生物力学信息并具有交互特性的虚拟机器人辅助骨折牵引复位手术平台。结果 当主手控制系统和虚拟环境生成机通过局域网连接成功后，该系统完成了闭环信息传递过程。结论 该系统可以实现对虚拟环境中手术机器人的主从控制、视觉反馈和力觉反馈。该项研究为数字化模拟外科手术相关技术的发展起到推进作用，模拟手术在提高手术成功率、新医生的培训方面具有很强的优势。

摘要:目的 计算不同硬度隐形矫治器产生的力学效应，为其材料选择和设计提供理论依据。方法 建立中切牙近中移动0.3 mm矫治设计量，弹性模量分别为415.6、816.308、2 400 MPa的3个隐形矫治器有限元模型，用三维非线性分析方法计算矫治器、牙齿、牙周组织的应力应变分布及位移，对不同弹性模量隐形矫治器作用下的上述结果进行比较分析。结果 实验条件下，中切牙所受的应力及位移最大，最大位移量为0.17 mm，其冠方的初始位移大于根方，矫治牙始终做倾斜移动；侧切牙次之且位移与中切牙相反，最大位移量为0.10 mm。材料的弹性模量增大，隐形矫治器产生的应力增大，应变减小，牙周组织所受的应力及矫治牙位移增大。结论 隐形矫治器的硬度越大，目标矫治牙的位移量和矫治效能增大，但对于牙齿三维方向上的移动控制能力并未增强，临床上建议添加附件或是配合固定矫治器达到牙齿的整体移动。

摘要:目的 研究瞬态咬合力作用下个性化舌侧自锁矫治器的应力分布特点，并以此为基础对其进行优化。方法 采用CT扫描、逆向工程和计算机辅助设计技术构建全牙列、个性化舌侧矫治器及弓丝的整体三维模型，对其进行咬合过程的瞬态动态动力学非线性分析及优化设计，并通过制造出优化后的舌侧矫治器进行试验研究，验证有限元模型的可靠性。结果 托槽底板处产生的等效应力均要大于托槽体上其他部位的应力；通过在托槽盖上设置加强筋，使得托槽盖的最大等效应力降低了60.9%，避免了弓丝与托槽盖作用时过大的应力集中；托槽盖加载试验结果与模拟结果基本吻合。结论 临床进行舌侧正畸时，应关注咬合力作用点与矫治器的相对位置，避免影响矫治器的自锁性能；通过对矫治器进行优化，可将弓丝的弹性势能更加有效地传递到牙齿上，减少正畸力的损耗。

摘要:目的 对国际体操联合会指定的正式比赛用助跳板进行动力学分析，建立监测跳马踏板相互作用力的新方法，为诊断踏板技术提供科学的理论依据。方法 应用材料力学理论推导GYMNOVA软、硬两种助跳板弹簧弹性系数，并对助跳板进行静力学、动力学测试和计算机仿真实验验证。静力学测试：采用成90°夹角的2台摄像机，对助跳板在160、180、 210和230 kg重物作用下的变形进行拍摄，采样频率600 Hz；动力学测试：1名受试者从高为1.25 m的平台上分别对两种助跳板进行落地反跳（drop jump, DJ）实验，1台摄像机对DJ动作进行拍摄，采样频率300 Hz，助跳板变形情况拍摄与静力学测试方法相同。3台摄像机都用二维框架标定，由SIMI MOTION软件解析获得助跳板不同载荷条件下的高度和速度变化以及DJ实验中人体重心的垂直加速度变化。计算机仿真：对动力学测试中助跳板DJ实验进行计算机建模与仿真。结果 获得两种助跳板力-位移方程F=kx+c。静力学实验时不同重物作用下助跳板下压高度与方程计算值相近。采用力-位移方程所得DJ过程中踏板垂直反作用力曲线与通过人体重心加速度获得的踏板垂直反作用力曲线高度相关，复相关系数＞0.86。 结论 建立了基于高速摄像获得助跳板下压高度和速度的踏板垂直反作用力的测量方法，该方法可快速简便地监测跳马踏板过程中运动员与助跳板相互作用力，为跳马技术动作科学保障提供新手段，对跳马运动损伤预防具有积极作用。

摘要:人体平衡的控制与保持机制十分复杂，老龄化、中风、肢体残障等因素都会导致人体运动平衡功能的障碍，因此平衡功能的测试与评价在该类相关疾病的诊断与评判中起着至关重要的作用。本文总结了目前人体平衡功能研究的常用设备与方法及其局限，提出了基于微电子传感器系统的穿戴式人体运动捕捉系统、基于体感游戏设计的平衡检测与康复训练系统等几种轻便低价的新型人体平衡测量与训练设备的设计思路与方法。

摘要:血流动力学是指血液在血管系统中流动的力学，主要研究血流量、血流阻力、血压、切应力、扰动流等，以及它们之间的相互关系，对人类生命健康具有重要的影响。血流动力学在血管的弯曲、狭窄、堵塞、分叉以及肿瘤的治疗等方面具有重要的临床研究意义。目前，血流动力学在动脉血管搭桥、冠状动脉狭窄、腹主动脉瘤、动脉粥样硬化、脑动脉肿瘤以及旋动流等方面引起广泛研究。伴随着血流动力学的深入研究，心脑血管的手术规划、介入治疗等得到快速发展，基于血流动力学的临床检测和治疗仪器也越来越多。血流动力学因素，如血管压力、血管阻力、血流量、壁面切应力、血液黏度、流动分离、湍流、涡流等对常见血管疾病以及术后并发症的影响机理正在逐步深入探索之中，并已经取得了一定成果。

摘要:采用后路刚性椎弓根螺钉固定将使脊柱载荷更多地传递到后柱，导致固定器械的应力集中；同时由于固定节段的活动限制，造成邻近节段过多活动，增加了邻近节段的退变。临床上采用动态内固定来减少这些问题，很多的研究从临床和生物力学阐述各种动态固定的应用效果和作用机制。理想的动态内固定应该能够提供固定节段足够的稳定性；通过增加前柱椎体的应力，从而减少固定器械的应力承载；减少邻近节段的退变；控制固定节段的水平剪切应力。本文回顾了后路动态内固定的生物力学特点及临床应用情况，并比较不同动态内固定的生物力学作用机制。

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