摘要:

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摘要:个体化治疗是骨科发展的一个重要方向，无论是个体化假体的应用还是常规假体的个体化植入，理论上均可改善骨关节假体与邻近骨性结构的匹配，从而改善病患功能状态。个体化治疗理论上的优越性无法代偿其在术前规划、设计、制造等方面程序上复杂及时限上滞后的缺陷，因而，个体化治疗常常停留在一种曲高和寡的概念。伴随图像技术的发展及3D打印技术的成熟，个体化设计及制造的生产效率有望显著提高，从而弥补传统个体化治疗效率上的不足，将个体化从概念落地为治疗理念。

摘要:目的 探索不同重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特性。方法7名健康成年男性受试者在垂直体位的减重跑台上分别在正常重力（1G），模拟火星重力（1/3 G）和模拟月球重力（1/6 G）环境下进行3、7和10 km/h的行走和跑步活动。使用F-scan鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的步态时相参数、力学参数及步态平衡性等指标进行分析。结果 相同速度下，步态周期中的支撑相时间随重力下降有明显减少（P<0.01），摆动相时间则有显著增加（P<0.01）。随着速度增加，支撑相时间明显缩短（P<0.01），而摆动相基本不受影响（P>0.05）。最大足底受力、平均足底受力和受力积分随着重力下降有明显减少。正常重力环境下，步行速度增加可引起最大足底受力、平均受力明显增加以及受力积分显著减少（P<0.05）；但在低重力环境下，足底受力变化并不显著（P>0.05）。左右垂直冲量比在不同重力环境之间差异显著（P<0.05），但时相对称性则并无明显差异。结论 低重力环境下，足底受力和支撑相时间等维持骨骼和肌肉结构功能的指标均显著低于正常重力环境，提示在将来设计太空飞行中防护措施和锻炼处方时需要充分考虑这一因素，以维持航天员正常的骨骼和肌肉功能。

摘要:目的 构建并验证含动脉的骨盆-股骨-软组织复合体的三维有限元模型，研究骨盆动脉在侧向冲击条件下的力学响应。方法 基于1名女性志愿者的骨盆CT图像，建立骨盆及其动脉的三维有限元模型，包括骨、动脉、周围软组织以及骶髂关节、髋关节和耻骨联合等骨盆关节软骨和韧带。采用线弹性实体单元模拟骨骼，采用非线性的弹性连接单元模拟韧带，软组织包括软骨、包裹软组织和动脉等采用超弹性材料和实体单元仿真。以22.1 kg的冲击质量，3.13和5 m/s的冲击速度对坐位下的复合体进行侧面碰撞，记录模型的输出。结果 计算结果与文献报道的实验结果一致。3.31和5 m/s冲击速度下动脉的最大等效应力分别为98和216 kPa，最大拉伸应变为14.9%和20%，但不至于导致动脉断裂。结论 所建立的骨盆-股骨-软组织复合模型可用于冲击载荷下骨盆动脉的动态响应和损伤分析，为预测动脉损伤程度提供生物力学依据。

摘要:目的 通过三维有限元方法研究全髋表面置换术后股骨近端骨质区应力分布的变化。方法 采用64排螺旋CT扫描获得正常股骨近端图像数据，重建股骨近端的三维有限元模型，对金属对金属全髋表面置换术后股骨近端和正常股骨近端应力分布进行量化研究，分析术后生物力学环境的变化。结果 髋关节表面置换术后，股骨头近端上、前、后、下方4个区域均出现明显应力遮挡，应力峰值分别为0.60、0.57、0.66、0.79 MPa，遮挡率分别为99.80%、99.16%、98.92%、96.66%。股骨头远端大部分区域出现了应力增加，其中应力遮挡只出现在股骨头远端的后方区域，遮挡率为4.92%。术后股骨颈近端前方区域出现了应力增加，在上、下、后方区域出现了应力遮挡，遮挡率分别为16.48%、22.75%和7.83%；股骨颈远端下方区域出现了应力增加，其余区域出现应力遮挡。大粗隆区出现应力增加9.22%；小粗隆区域和股骨颈基底区出现应力遮挡，遮挡率分别为2.49%、14.44%。结论髋关节表面置换术后股骨近端大部分区域的应力分布和正常股骨相比非常接近，应力传递接近生理状态，可有效避免术后股骨近段明显的应力遮挡，同时保留了骨量，有利于患者正常的生理活动。

摘要:目的 研究ISO 7206标准对全髋关节置换术临床应用的指导意义。方法 建立肌骨数值模型，对正常行走步态进行仿真，以获得下肢的运动学和动力学参数；建立对应的全髋关节假体有限元模型，应用步态载荷进行计算，并对比ISO标准的有限元模型计算结果。结果 正常行走步态下，髋关节力分别在20%和54%步态周期出现峰值，以此作为有限元计算的步态载荷，得到20%步态周期时假体应力最大；松动模型中假体柄上最大应力大于无松动模型中假体柄上最大应力，且应力分布趋势存在差异；分析对比ISO测试和不同体重人体步态载荷下的假体最大应力，得到ISO测试中最大应力水平对应108~142 kg体重载荷下的假体最大应力。结论ISO测试中合格的假体可满足100 kg体重人体正常步态下的强度要求。

摘要:目的 研究冠状动脉旁路移植术后,不同程度竞争血流对左侧胸廓内动脉管壁壁面切应力(wall shear stress, WSS)的影响。方法 基于阈值分割方法，通过采用SimVascular软件从CT图像提取并重建左侧胸廓内动脉(left internal mammary artery, LIMA)左前降支（left anterior descending, LAD）吻合口模型。根据LAD的狭窄程度将竞争血流分为无竞争（100%狭窄）、轻度竞争（50%、75%狭窄）和高度竞争血流（0%、30%狭窄）3组。通过数值模拟方法观察上述情况下吻合口模型的血流动力学表现。结果 随着竞争血流的增加，LIMA桥血管管壁WSS逐渐降低，但是震荡程度逐渐增加。高度竞争血流组LIMA管壁平均WSS（0%狭窄：2.73 Pa，30%狭窄：2.85 Pa）明显低于轻度竞争血流组（50%狭窄：4.77 Pa，75%狭窄：6.01 Pa）和无竞争血流组(100%狭窄：8.64 Pa)；而其震荡剪切指数(oscillatory shear index, OSI)（0%狭窄：0.206，30%狭窄：0.085）却明显高于轻度竞争血流组（50%狭窄：0.014，75%狭窄：0.013）和无竞争血流组(100%狭窄：0.006)。结论 当LAD狭窄程度小于50%时，大量的竞争血流会使LIMA管壁WSS明显降低，并且呈剧烈震荡的状态,这种不利的WSS表现会影响LIMA的远期通畅率，并造成手术远期疗效的下降。

摘要:目的 建立生物组织与腹腔镜器械的接触变形模型，进行接触应力应变分析。方法 利用Kelvin-Voigt模型及Hertz接触理论，建立楔形、圆形齿结构的器械与生物组织接触变形模型，分析接触应力及应变随时间变化的情况；并运用有限元分析及生物阻抗测量方法，比较不同器械结构与组织接触后的变形及应力变化情况。结果 不同结构的齿在抓取组织时对组织造成不同的应力应变。楔形齿结构对组织造成的应力最大，圆形齿最小，楔形与圆形混合齿介于两者之间。结论 楔形与圆形混合齿可以有效减少抓钳与组织接触时产生的过载压力，从而能够减小楔形齿对组织造成的伤害，增强圆形齿抓取组织的能力。在临床上，该方法可为腹腔镜器械的安全使用和设计提供重要建议。

摘要:目的 研究体外冲击波是否通过三磷酸腺苷（ATP）激活P2X7受体，诱导人骨髓间充质干细胞(human mesenchymal stem cells，hMSCs)向成骨细胞分化。方法 培养hMSCs细胞，检测冲击波是否引起其向外释放ATP；通过检测碱性磷酸酶(ALP)活性、骨钙素表达和钙结节形成，判断骨化形成和钙质沉积；用实时定量PCR检测P2X7受体的mRNA表达；用ATP水解酶、P2X7受体的siRNA以及 P2受体的抑制剂评估ATP释放和P2X7受体在冲击波诱导hMSCs成骨分化中的作用。结果 冲击波可引起细胞内ATP向外释放，冲击波和细胞外ATP能够诱导hMSCs向成骨分化，采用ATP水解酶、P2X7受体的siRNA和抑制剂能够抑制冲击波引起的hMSCs成骨化作用。结论 冲击波通过引起细胞内ATP向外释放，激活P2X7受体传导信号通路，促进hMSCs向成骨细胞分化。本研究结果为冲击波促进骨折愈合和治疗骨不连疗法提供了理论依据。

摘要:目的 探索肌腱滑液鞘对肌腱体内再生的作用。 方法 将36只罗曼鸡随机平均分为A、B两组。A组把左趾深屈肌腱滑液鞘的上、下、右侧分离，不切断趾深屈肌腱。同种异体脱细胞肌腱用部分分离的腱滑液鞘包裹，并固定在趾深屈肌腱左侧。B组直接把同种异体脱细胞肌腱固定在去除肌腱滑液鞘的趾深屈肌腱左侧。另取右趾深屈肌腱作为正常对照组。分别在第4、8、12周取材进行趾深屈肌腱最大载荷、弹性模量的生物力学检测及HE染色的组织学检测。结果 术后第4、8、12周时，除第4周A、B组在弹性模量方面差异无统计学意义，其余时间点A组最大载荷和弹性模量都大于B组（P<0.05）。随时间延长，A组胶原纤维增多，排列紧密，方向一致，炎性细胞浸润及纤维组织增生程度较轻。而B组胶原纤维数量逐渐减少、排列逐渐散乱，炎性细胞浸润、纤维组织增生程度明显高于A组。结论腱滑液鞘有助于肌腱再生，说明合适的体内环境对肌腱构建具有重要作用，本研究结果对临床上肌腱缺损病人找到合适肌腱替代物有积极作用。

摘要:目的 研究数字体相关（digital volume correlation，DVC）方法测量肺部肿瘤和胸腔随患者呼吸运动的变形及位移情况的可行性。方法 利用DVC跟踪胸腔内组织三维运动的算法，通过四维CT成像技术拍摄肺癌患者一个完整的呼吸过程。以吸气开始为初始状态，确定肿瘤和胸腔位置，运用DVC软件，分析初始状态下肺部4个特征体域在20%、40%、60%、80%和100%呼吸相位下以及胸腔上4个特征体域在100%呼吸相位下的三维位移值。结果 肿瘤的位移和变形的误差在1 mm以内，胸腔的位移和变形的误差在0.5 mm以内；肿瘤在呼吸过程中沿人体竖直方向运动最大,胸腔在吸气结束时刻沿人体前后方向运动最大。结论 DVC测试技术可用于检测呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔等胸部组织的位移和变形情况。本研究为基于DVC方法实现肺部肿瘤无创、非射线、实时的图像引导放射治疗提供了依据。

摘要:目的 测量不同骨密度（bone mineral density, BMD）条件下椎体松质骨显微结构参数，并与椎弓根螺钉拔出力作相关性分析，以了解与螺钉稳定性相关的骨显微结构参数，进一步明确螺钉松动的原因。方法 采用新鲜尸体脊柱标本，根据BMD检测结果，按临床诊断标准分为骨质正常、骨量减少、骨质疏松和重度骨质疏松4个水平。然后植入椎弓根螺钉，进行螺钉轴向拔出实验，测定最大拔出力（maximum pullout strength, MPS）。收集螺钉拔出实验后椎体标本，在椎体中央部钻取松质骨柱状样本，对样本进行显微CT扫描，获取椎体松质骨显微结构参数，并进行各项指标的不同BMD水平间的比较分析，在了解这些指标随骨质疏松程度加重的变化规律的基础上，再对骨显微结构参数与所对应的螺钉MPS开展相关性分析。结果BMD水平从正常下降到重度疏松程度，MPS随之显著性下降。随BMD水平的依梯次下降，即骨质疏松程度进行性加重，椎体松质骨显微结构参数发生相应明显变化，存在BMD水平间的显著性差异。广泛的相关性存在于BMD、显微CT参数和螺钉MPS指标之间。其中，螺钉MPS与显微CT扫描所得的骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）和小梁间隙（Tb.Sp）呈高度相关性。结论 随BMD下降，骨组织会同时发生质的退变；螺钉MPS与部分骨显微结构参数高度相关。

摘要:目的 研究新研制的镁合金可吸收肋骨髓内钉（AZ31B）的生物力学性能, 并与进口的聚左旋乳酸可吸收肋骨髓内钉(PLLA)及纯钛爪型肋骨接骨板(TPRP)内固定方法进行比较, 为临床应用提供科学依据。方法 采集40根成人新鲜第5肋骨侧肋标本, 行侧肋腋中线处肋骨骨折模型,分别采用AZ31B镁合金可吸收肋骨髓内钉（AZ31B组）, 聚左旋乳酸可吸收肋骨髓内钉（PLLA）刚子(PLLA组)、纯钛爪型肋骨接骨板 (PTRP钛板组）3种内固定方法固定, 运用实验应力分析手段测试各组试件的生物力学特性, 并进行比较。另设正常肋骨标本组以作对照。结果 (1) 三点弯曲强度测量表明, AZ31B组接近对照组(P>0.05),而AZ31B组与PLLA组、PTRP组差异显著(P<0.05)；(2) 扭转强度测量表明, AZ31B、PTRP组与对照组无显著性差异(P>0.05), 而比PLLA固定优越(P<0.05)。结论 AZ31B的抗弯曲能力优于TPRP和PLLA，在扭转强度上接近TPRP和正常肋骨，是一种理想的新型肋骨内固定材料。本研究在生物力学上为该材料今后的研究提供了支持。

摘要:目的 利用兔眼角膜条的单轴拉伸实验数据，研究角膜生物力学特性与年龄的相关性。 方法 分别取3月龄和7~8月龄兔眼角膜条，实施单轴拉伸实验，获得实验数据；用指数模型和幂模型对应力应变数据进行分析；用黏弹性力学模型对应力松弛数据进行分析。结果 兔眼角膜条呈现非线性黏弹性特征。在实验误差允许的范围内，不同月龄兔眼角膜条的非线性应力-应变关系差别不明显，7~8月龄兔眼角膜的切线模量略偏大，但其应力衰减得明显快。不同的拉伸速率对3月龄兔眼角膜条非线性应力-应变关系的影响不明显，但快速拉伸后的角膜条应力衰减明显变快。结论 兔眼角膜随月龄增加会轻微变硬，而角膜的松弛特性随月龄变化明显。

摘要:目的 探讨炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6对力生长因子（mechano growth factor, MGF）表达的影响。方法 实验组细胞用浓度为25、50、100 ng/mL的TNF-α、IL-6或者是2.5、5.0、10 ng/mL的IL-1β处理12 h，抑制剂组在因子处理前用1.0 mmol KT5720预处理1 h，然后添加炎症因子刺激12 h，对照组细胞保持与实验组培养条件一致的情况下不添加因子刺激。因子刺激后，用定量PCR方法检测细胞中MGF表达量。结果25 ng/mL TNF-α和10 ng/mL IL-1β因子刺激滑膜成纤维细胞诱导MGF表达显著增加（P＜0.05）。IL-6对MGF表达无影响。1.0 mmol PKA通路抑制剂KT5720处理显著降低TNF-α和IL-1β诱导的MGF表达（P＜0.05）。结论 炎症因子TNF-α和IL-1β在浓度分别为25和10 ng/mL时能显著诱导滑膜成纤维细胞中MGF表达，其表达是通过PKA通路介导的。本研究对于促进MGF用于改善膝关节相关组织修复中的应力刺激不足有一定的现实意义。

摘要:目的 为满足介入手术和微创手术中更精准的手术导航需求，采用Aurora电磁跟踪技术辅助手术导航，通过与各种手术器械自由组合，进一步解决手术中遇到的各种难题。方法 采用Aurora电磁跟踪系统，与含有金属材料的医疗手术环境相匹配，利用电磁跟踪系统自带的控制软件，使用其配备二次开发包的VC编程语言编写一套适合临床手术导航的实时显示系统，并在医院不同的医学手术导航应用中进行性能测试和对比实验，测量跟踪系统的精确程度，统计各种手术器械分别对应不同手术应用的对照表。 结果 在介入手术中，随机选取160名冠状动脉造影患者，其中80名采用经数字减影血管造影（DSA）下电磁跟踪作为实验组，80名只使用DSA辅助作为对照组，结果发现实验组造影剂用量明显减少，操作时间明显缩短，介入手术操作可控度的成功率从95%提高到99%。 结论 通过对比实验，证明Aurora电磁跟踪技术明显提高了手术的定位精度，导航精度的平均值小于2 mm，在介入手术和微创手术方面，可以大大减轻病人痛苦，降低医疗风险，保障医疗安全，提升医院手术技术水平。

摘要:随着空间生命科学的发展，地基模拟微重力效应的研究显得越来越重要，以弥补空间飞行机会受限的不足。骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs）在地基能够向各胚层分化，但其在空间微重力条件下的生物学行为以及调控机制仍不清楚。地基模拟微重力效应会影响BMSCs的生长、凋亡和细胞表面分子的表达，导致细胞骨架重组，改变BMSCs在不同分化方向上的潜能。本文就地基微重力效应模拟如何影响BMSCs生物学行为及其相关调控机理进行综述，以期深入认识（微）重力影响BMSCs的力学生物学耦合机制，为与空间飞行相关的病理生理改变提供理论参考。

摘要:黏着斑是将细胞外基质与细胞骨架联系起来的多蛋白聚集体，在力信号转化为细胞内化学信号、继而引发相应的生理或病理反应过程中发挥着重要作用。本文以黏着斑细胞骨架系统为重点，总结了黏着斑介导的流体剪切力的力转导过程以及细胞骨架在此过程中的关键作用，介绍了黏着斑中参与胞内信号转导的重要蛋白，并讨论了黏着斑与其他力转导途径的联系,为更好理解剪切力和相关疾病间的关联以及临床药物的研发和疾病的治疗奠定了理论基础。