摘要:

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摘要:目的 研究足踝步态模拟机动力学特性，仿真着地相中的足底垂直、前后、水平3个足底反力，并在实验台中验证。方法 运用设计的5自由度步态模拟机，建立Adams虚拟样机和足踝模型（包含足部主要韧带和跖腱膜、足底软组织及跟腱力），对其进行动力学仿真，并把仿真中的控制规律运用到实验台验证；将仿真和实验中测力板测得的足底反力与仿真和真实数据比较。结果 着地相进程中3个方向的足底反力与实际步态中吻合度较高，足部的韧带和跖腱膜、跟腱和软组织等对正确的步态有重要的影响，步态实验台能够很好重复仿真特性。结论 模拟机具备仿真人体步态着地相的能力，为活体无法进行测量的实验提供临床研究平台。

摘要:目的 采用三维有限元方法研究不同牵拉条件对腰椎生物力学的影响。方法 通过对腰椎L1~5节段扫描，获得CT图像导入Mimics三维重建获得腰椎L1~5的三维几何模型，利用Geomagic Studio和Hypermesh获得腰椎L1~5的网格模型。运用Abaqus进行不同牵拉条件下的腰椎有限元仿真计算。结果 头低位角度与髓核内应力有相关性，头低位角度不超过10°时，髓核内应力随摆动周期规律性变化；头低位角度大于10°时，应力呈降低趋势。摆动模式下，纤维环内环应力增加，促进椎间盘回缩。结论 牵拉治疗有助于缓解腰椎疼痛，摆动作用有助于协调牵拉作用在各方向的效果，牵拉方式结合摆动可更好地梳理和解除后部小关节紊乱。此外，患者在治疗中应选取适当的牵拉作用力以达到良好的治疗效果。

摘要:目的 利用有限元方法分析经单侧椎间孔入路腰椎间融合术治疗腰椎退行性病变的临床可行性。方法 基于正常人L3~5节段的CT扫描数据，利用Mimics、Pro/E、ANSYS软件分别建立L3~5正常生理状态有限元模型、L4/5左单侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(单侧TLIF)、L4/5双侧椎弓根螺钉内固定加椎间融合器模型(双侧TLIF)。在L3上表面施加500 N的人体重力和10 N?m力矩，模拟人体直立、前屈、后伸、左侧弯和右旋5种生理活动，观察不同工况时椎体、椎间盘、螺钉及融合器上变形及应力分布情况，比较两种固定方法力学性能上的差异。结果 各种工况下单侧TLIF、双侧TLIF的L3~5节段变形量均较生理状态模型减少，单侧TLIF、双侧TLIF模型均在后伸运动时融合器的应力达到最大值，且单侧TLIF模型椎弓根螺钉上的应力峰值在各种工况中均明显高于双侧TLIF，后伸工况时应力峰值达到463.39 MPa。结论 单侧TLIF可作为腰椎退变性疾病的一种固定方法，但应力峰值均明显高于双侧TLIF模型，故系统稳定性差于双侧TLIF模型，提示患者在康复过程中应减少后伸运动，以免发生手术失效或螺钉断裂。

摘要:目的 研究不同搭桥方式对不同假腔型式的Debakey III型主动脉夹层模型治疗效果的影响。方法 依据主动脉夹层患者的CT图像，采用Mimics医学图像处理软件进行模型重建，并利用计算机辅助手段建立升-腹和锁-腹两种方式的旁路搭桥模型，进行流固耦合数值模拟计算，比较不同模型的血流动力学差异。结果实施两种方式的旁路搭桥转流术后，通腔型式模型的血液流量、血流平均与最大速度均有不同程度的降低。同时升-腹搭桥后血液最大压力和血管壁位移均减小，而锁-腹搭桥后却增加；盲腔型式模型的上述血流动力学参数在搭桥后均降低，且升-腹搭桥式模型的降幅更大。结论 升-腹搭桥方式对通腔和盲腔两种假腔型式主动脉夹层有更好的治疗效果，借助数值模拟的结果可以更好地解释搭桥手术对主动脉夹层的影响，并确立搭桥手术的科学有效性和临床实用性。

摘要:目的 介绍一种标准截面形状定制型股骨柄假体结构以及自行开发的设计方法。方法首先利用DICOM格式的患者股骨CT图像，重建患者股骨近端模型；根据重建出的患者股骨近端模型构建股骨柄假体匹配段矩形的截面边界，并在矩形截面边界内用简单的线条初步构建出假体的截面轮廓曲线；利用股骨近端模型对初步设计出的股骨柄假体进行验证，并通过调整设计参数使最终设计出的个性化股骨柄假体与患者股骨髓腔相匹配。结果 定制型人工髋关节股骨柄假体采用标准截面形状，便于快速设计出个性化假体，而且设计操作简单。参数化程序设计大大降低了个性化股骨柄假体的设计工作量。结论 标准截面形状定制型股骨柄假体的设计将有助于提高定制型人工髋关节置换手术的成功率，促进定制型股骨柄假体在临床上的应用，进一步提高患者的生活质量。

摘要:目的 考察振荡流动以及三维支架孔径和孔隙率对生物反应器内流速和剪切力分布的影响，并根据理论计算结果为脱细胞骨三维支架和灌注式生物反应器制备提出优化方法。方法 针对实验室前期制备的骨组织工程用脱细胞骨三维支架和灌注式生物反应器，将脱细胞骨三维支架简化为各向同性的多孔介质，对生物反应器内的流速和剪切力分布进行理论建模。结果 振荡流作用时，多孔支架材料内速度和达西剪切力呈现一致的变化规律，不同半径处流速和达西剪切力差异减小，有利于在骨组织工程中对种子细胞进行均匀三维培养。提高入口灌流速度可提高平均达西剪切力；增加多孔支架孔径或孔隙率对支架内流速峰值影响不大，但会显著降低平均达西剪切力；提高入口振荡流动振荡频率可降低支架内流速最大峰值，显著减小不同半径处流速的差异。结论 适宜的振荡流易产生利于骨组织工程干细胞所需剪切力，研究结果有望为优化骨组织工程中种子细胞的三维培养方法提供理论指导。

摘要:目的 研究心肌桥压迫对壁冠状动脉内血流、正压力、周向应力、切应力的影响。方法 对原有的壁冠状动脉模拟装置进行较大改进,使其测量的血流动力学参数从单一应力（正应力）扩展到多种应力，以便更全面准确地模拟在正压力、周向应力、切应力共同作用下的真实血流动力学环境，从而综合考虑在多种应力共同作用下血流动力学规律与壁冠状动脉粥样硬化之间的关联。结果 壁冠状动脉模拟装置实验结果表明，应力的异常主要位于壁冠状动脉近端，随着心肌桥压迫程度加剧，近端的应力平均值与波动值明显增大，正应力平均值升高27.8%，波动值升高139%。结论 心肌桥压迫造成壁冠状动脉近端血流动力学发生异常，对认识冠脉粥样硬化发病的血流动力学机理具有重要意义，对于心肌桥的病理影响及治疗具有潜在的临床价值。

摘要:目的 探讨高血压条件下异常升高的周期性张应变刺激对血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）增殖的影响，以及Forkhead转录因子1（FOXO1）在其中可能的作用。方法 构建腹主动脉缩窄高血压大鼠模型，并以假手术组为对照，应用FX-4000T体外周期性张应变加载系统，分别对VSMCs施加5%的生理性张应变和15%的高血压病理性张应变。Western blot检测VSMCs的FOXO1及p-FOXO1表达水平，BrdU法检测VSMCs 增殖活性。RNA干扰技术抑制VSMCs的FOXO1表达，检测FOXO1、p-FOXO1表达以及VSMCs增殖活性变化。结果 腹主动脉缩窄术后 2和4周，大鼠血压较假手术大鼠明显增高。与假手术大鼠相比，高血压大鼠血管壁细胞增殖活性明显增高，同时 FOXO1及 p-FOXO1表达水平也显著性升高。细胞实验表明，与5%张应变组相比，15%张应变加载显著上调VSMCs的FOXO1、p-FOXO1表达水平，以及VSMCs增殖活性。静态条件下RNA干扰抑制VSMCs的FOXO1及p-FOXO1表达，VSMCs的增殖活性明显降低。结论 高血压病理条件下，异常增高的周期性张应变可能通过促进 FOXO1表达和磷酸化诱导VSMCs增殖。以动物模型观察现象，在细胞分子水平探讨机制，旨在明确FOXO1在高血压血管重建中的作用及其力学生物学机制，为阐明高血压血管重建的发病机理和药物治疗靶标的研究提供新的实验依据。

摘要:目的 研究机械牵张与白介素-1β（IL-1β）联合作用对兔角膜成纤维细胞细胞外基质相关基因表达的影响。方法 对原代提取的兔角膜成纤维细胞进行牵张幅度15%、频率0.1 Hz的周期性牵张12、24、36 h，同时给予IL-1β处理，采用实时荧光定量PCR检测细胞基质金属蛋白酶（MMPs）、基质金属蛋白酶的组织抑制剂（TIMP-1）和I型胶原α1（Collagen Iα1）mRNA表达变化水平。结果 IL-1β单独作用可以诱导角膜成纤维细胞MMP-1、MMP-3和MMP-9 mRNA表达；MMP-1和MMP-3 mRNA表达随时间而降低，MMP-9、TIMP-1、Collagen Iα1 mRNA则随时间而增加；IL-1β与机械牵张联合作用使MMP-1、MMP-3、MMP-9 mRNA表达水平上调，TIMP-1和Collagen Iα1 mRNA表达下调，且具有时间依赖。单独机械牵张使Collagen Iα1 mRNA表达下降，IL-1β与机械牵张联合作用使其表达进一步下调，且具有时间依赖性。结论 机械牵张与炎性因子联合作用可加剧角膜组织破坏，促进角膜膨隆的发生发展。

摘要:目的 研究颈椎旋转手法对兔颈动脉粥样硬化血管拉伸力学特性的影响，为颈椎旋转手法的安全性提供依据。方法 20只雄性新西兰兔随机分为2组，每组各10只，均饲高脂饮食12周建立动脉粥样硬化动物模型。12周后对实验组兔行颈椎旋转手法，每日左、右各旋转1次，共4周；对照组不作手法处理。手法结束后处死兔，取双侧颈动脉，利用生物组织材料力学试验机测定颈动脉拉伸最大载荷、最大形变、平均载荷、弹性模量和断裂延伸率等指标以及输出应力—应变曲线。结果 实验组颈动脉拉伸最大载荷(1.36±0.35) N，最大形变(6.84±2.08) mm，平均载荷(0.44±0.30) N,弹性模量(4.30±2.66) MPa，断裂延伸率(83.08±51.32)%；对照组颈动脉拉伸最大载荷(2.92±0.65) N，最大形变(9.23±2.62) mm，平均载荷(1.17±0.63) N，弹性模量(3.71±0.60) MPa，断裂延伸率(154.19±34.32)%。其中，实验组颈动脉拉伸的最大载荷、平均载荷和断裂延伸率明显小于对照组（P<0.05）；而最大形变以及弹性模量在两组中差异无统计学意义（P>0.05）。结论 经颈椎旋转手法后，颈动脉粥样硬化血管的拉伸力学特性下降，应注意颈椎旋转手法操作的力度和幅度，以免伤及颈动脉。

摘要:目的 研究吸附于微悬臂梁基底上双链DNA生物膜的弹性模量。方法 采用基于中观连续介质液晶理论的Parsegian经验势，描述粗粒化DNA圆柱之间相互作用能；采用蒙特卡罗法模拟加载前后DNA链的微观分布模式；采用思想实验法和宏观连续介质压缩弹性杆模型，预测DNA生物膜弹性模量。结果 双链DNA生物膜的弹性模量约为0.1~80 MPa。结论对比随机分布模式，经典的六角形均匀分布假设低估了DNA生物膜的弹性模量；封装密度的增加和缓冲盐溶液浓度的减小均有助于提高DNA生物膜弹性模量。这些结果对进一步认识临床工作中相关DNA生物膜的力学性质及其调控规律具有重要意义。

摘要:目的 测量人体多部位松质骨矿质密度、轴向弹性模量，建立矿质密度与轴向弹性模量相关关系的本构方程，为国人有限元材料属性赋值提供依据。方法 采取10例成人新鲜尸体作为样本源，选取胫骨近端、大转子、股骨颈、肱骨头和椎体5个部位的松质骨，加工成直径约6 mm、长约30或40 mm的准试样。测量尺寸并计算体积，CT扫描试样骨矿质密度。对松质骨试样进行力学性能测试，分析不同部位松质骨弹性模量。对矿质密度与轴向弹性模量关系进行线性与幂次回归分析。结果 测试成功的试样来自5个部位，共169枚，其中胫骨近端52枚，大转子31枚，股骨颈15枚，肱骨头17枚，椎体54枚；5个部位松质骨矿质密度、轴向弹性模量均有所差异，线性相关性均较好（0.850>r2>0.785），3个部位（胫骨近端、大转子、椎体）的幂次相关性较好（0.871>r2>0.825），2个部位（肱骨头、股骨颈）的幂次相关性较弱(0.671>r2>0.643)。结论 各个部位骨矿质密度与轴向弹性模量的线性和幂次回归的相关性均较高，且同部位两种回归的r2值之间无明显差异；可应用于体外检测患者的骨骼质量，准确分辨骨质变化的部位，配合有限元建模能够预测骨折的风险。

摘要:目的 探讨胫骨骨折个体化有限接触动态加压钢板（limited contact dynamic compression plate， LC-DCP）及其模板的定制过程、方法，以及临床初步使用疗效。方法 利用螺旋CT三维图像重建、计算机辅助设计和制造以及数控仿真加工技术定制出应用于胫骨骨折微创手术的数字化LC-DCP和模板，并用于治疗胫骨骨折6例。 结果 定制出胫骨骨折的个体化LC-DCP并成功应用于临床，所有患者平均20月随访发现，术后骨折均达到临床愈合，根据Johner-Wruhs评分标准，优5例，良1例。结论 个体化钢板制作流程简单，可行性强，结合微创技术治疗胫骨骨折具有操作简单、损伤小、骨折复位固定满意、愈合率高、并发症少等优点，值得临床推广。

摘要:动态假人在人体防冲击研究中发挥重要作用。在危险的冲击试验中从假人身上获取数据，是航空工业、汽车工业和其他产业研发防碰撞防护装备和系统的基本方法。一具仿真假人的性能，取决于其对人的仿真程度，以及能够采集信号的数量和质量。国外的仿真假人技术，不仅在研发航空弹射救生系统中发挥不可替代的作用，而且还应用于汽车制造等其他产业领域;中国直到2003年才由空军航空医学研究所研发成功具备中国人体特征的动态仿真假人,它具有与美国先进仿真假人相当的性能，已经在航空应用中发挥巨大作用。为了建立以中国人体数据为基础的冲击损伤鉴定标准，有必要研发符合中国人体特性的系列仿真假人，并加强数字虚拟人在冲击环境中的应用研究。

摘要:道路交通创伤已经成为严重的社会问题。随着技术、法规和安全意识的进步，颅脑和胸部等致命创伤有下降的趋势，但是目前尚无有效的防护措施预防司乘人员足踝创伤的发生。通过综述近年来该领域的研究进展，发现大多数司乘人员足踝创伤发生在正面碰撞事故中，司机发生足踝创伤的概率更大，可能与刹车制动足踝特殊受力有直接关系；对于正面碰撞的分型在学术界尚存争议，但是狭窄障碍物正面碰撞所引起的足踝创伤问题已经得到较为统一认识，而对不同形式撞击时足踝创伤的发生和防护机制尚无相关研究。在这一问题的研究中，离体实验和计算模型分析相结合是一种理想的研究手段