摘要:

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摘要:目的 探讨活化激酶C受体1（receptor for actived C kinase 1, RACK1）在内皮细胞（endothelial cells, ECs）感受切应力刺激调控血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)增殖中的作用及其机制。方法 应用平行平板流动腔系统，对联合培养的大鼠ECs和VSMCs施加1.5 Pa正常切应力（normal shear stress, NSS）和0.5 Pa低切应力（low shear stress，LowSS），应用BrdU ELISA方法检测VSMCs增殖水平，对蛋白质组学研究发现的力学响应分子RACK1表达以及Akt磷酸化，应用Western blot技术进行检测。静态条件下，应用RNA干扰技术特异性抑制VSMCs的RACK1表达，检测其对细胞增殖和Akt磷酸化的作用。应用ECs与VSMCs隔开培养和联合培养模型，检测ECs对VSMCs的RACK1表达和Akt磷酸化水平的影响。结果 血管差异蛋白质组学的结果发现，与NSS组相比，RACK1在LowSS组血管组织的表达水平明显升高。细胞实验结果显示，LowSS诱导了与ECs联合培养的VSMCs增殖，上调VSMCs的RACK1表达和Akt磷酸化。静态条件下，特异性抑制VSMCs的RACK1表达后，VSMCs的增殖水平和Akt磷酸化水平均显著下降。与ECs联合培养VSMCs，其RACK1表达和Akt磷酸化水平较隔开培养组均上调。结论 VSMCs的RACK1表达受细胞接触与切应力的影响，并可能通过PI3K/Akt信号通路参与LowSS诱导的VSMCs增殖的调控。探讨VSMCs增殖功能变化及其力学生物学机制对于认识动脉粥样硬化等疾病发病机理和疾病防治有重要意义。

摘要:目的 研究眼外肌滑车系统在眼球大幅度内旋时的生物力学作用。方法 结合文献报道的眼外肌坐标参数，根据眼球运动的力学平衡原理，建立主动滑车力学模型，并以无滑车模型作为对照，模拟眼球在30°~45°范围内的内旋运动。结果 在内直肌对眼球内旋运动的贡献方面，无滑车模型的内直肌提供的作用力大于主动滑车模型，且内直肌力值明显大于生理安全极限值（约0.5 N）。在模拟眼球内旋的最大角度45°处，主动滑车模型和无滑车模型模拟得到的内直肌力分别为0.508、0.782 N，后者超过生理阈值约56%。在控制眼球运动方面，主动滑车模型消耗的能量远小于无滑车模型。结论 滑车组织的存在，使得眼外肌能够以较低的耗能控制眼球运动，加强了眼外肌对眼球的牵引作用。而且，在眼球大幅度内旋运动时，主动滑车模型维持着内直肌的力学优势。

摘要:目的 依据人体运动学分析，设计一套模仿人体下肢生理结构和运动特点的外骨骼机械结构，研究外骨骼在步行过程中两个不同时相下的生物力学特性，为外骨骼的设计与优化提供研究基础。方法 首先根据下肢步态分析，应用三维建模软件进行外骨骼机械结构的设计，在生成实体模型后利用有限元软件进行装配、网格划分以及单元属性赋值，并建立各个构建之间的面-面接触关系，模拟分析外骨骼的应力分布情况。结果 在1 kN载荷下，双腿站立（工况1）的最大应力为91.45 MPa，胫骨竖直（工况2）最大应力为154.55 MPa，分别发生在后背支架和髋部，与设计前的传力机制分析结果一致。结论 外骨骼在不同工况下应力分布有明显不同。由于在计算中没有考虑到步行过程中可能产生的冲击等不确定因素，在设计优化外骨骼时需要考虑并乘以一定的安全系数。

摘要:目的 建立椎动脉（vertebral artery, VA）流体有限元模型，进行流固耦合计算，以深入了解颈椎活动与VA血流流体力学之间生物力学关系。方法 基于正常人颈椎（C0~T1）及双侧椎动脉三维有限元模型，模拟颈椎前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转，观察颈椎活动对VA血管壁应力的影响，并通过流固耦合计算血管壁与流体相互作用，获取血流动力学参数。结果颈椎活动过程中，VA血管壁的最大应力通常集中在两侧C2横突孔处（入颅方向的第2个弯曲），后伸和侧弯较旋转活动时血管壁最大应变最为明显，应变比值分别为23.04%和35.5%。侧弯活动时，血管最大应力位于对侧横突孔；旋转活动时，血管应变位于同侧横突孔。颈椎活动度方面，最低流速值几乎均出现在生理活动范围的30%~40%。颈椎前屈、后伸活动时，双侧VA流速-时间变化曲线相似，且在0.5 s内，都完成了2次流速增减的循环。侧弯时，同侧VA的波峰和波谷早于对侧VA出现；而旋转时，同侧VA的波峰和波谷晚于对侧VA出现。结论 双侧VA血管壁所受应力特点、血流速-时间变化曲线等结果能与其他实验结果相互验证，并能合理解释相关临床现象。建立的VA模型将为VA相关疾病研究提供较理想的平台。

摘要:目的 构建骨盆与骨折内固定三维有限元模型并验证其有效性。方法 基于骨盆CT扫描图像，利用Mimics、 ANSYS ICEM、 Hypermesh 与ABAQUS软件构建骨盆三维有限元模型，并在S1椎体上垂直向下加载600 N均布载荷，模拟站立位时骨盆受力环境，验证骨盆模型的有效性；同时建立3种不同内固定形式的T型骨折模型，验证3种内固定方式的有效性。 结果 站立位时，应力与位移分布左右对称，应力主要集中在弓状线起点处、耻骨支以及髋臼后上方。骨盆位移分布类似于以骶骨为中心向外传导并逐渐减弱的波浪形，骶骨背侧的骶正中嵴位移最大，髂骨窝、股骨位移较小，并逐渐减小直至股骨，同时发现3种内固定都可增加骨折稳定性。 结论 利用六面体网格建立的三维有限元模型，能够准确模拟站立位时骨盆力学特性，为临床研究提供直观准确的依据。

摘要:目的 研究两种不同结构的药物洗脱支架（drug eluting stent, DES）压握过程的力学性能，以期对DES结构设计提供科学的指导。方法 采用Solidworks软件分别建立支架外表面没有刻槽的传统DES（I型支架）以及支架外表面有刻槽的靶向DES（II型支架）；通过ABAQUS有限元分析软件，对两种支架压握过程中的径向紧缩反弹比、轴向紧缩反弹比、压握不均匀性、残余应力分布等重要的力学性能指标进行分析。结果 同一紧缩外径条件下，两种支架径向紧缩反弹比、轴向紧缩反弹比以及压握不均匀性指数的差值分别在0.07%~0.12%、0.016%~0.033%、0.013%~0.048%之间，II型支架支撑体上存在面积更大的低应力区域。结论 相比传统DES支架，靶向DES支架在减少载药量的同时，力学性能并未降低，对心血管狭窄等疾病的治疗具有较好的临床应用前景。

摘要:目的 利用Simpleware软件构建全颈椎三维有限元模型，并对模型进行验证和分析，为探讨颈椎损伤机制提供可靠模型。方法 基于CT断层扫描图像，利用医学图像处理软件Simpleware、逆向工程软件Geomagic建立C1~7全颈椎三维实体模型，导入Hypermesh进行颈椎网格划分、添加韧带并引入小关节突接触关系等，建立C1~7全颈椎有限元模型，在ANSYS中模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转工况下颈椎的生物力学性能。结果 建立的模型准确可靠，在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转时，活动范围与文献中离体实验和有限元分析结果相近。椎间盘应力集中在椎体受压侧，C4/5最易产生应力集中。结论 建立的C1~7全颈椎有限元模型能够有效模拟颈椎的生物力学特性，为后续颈椎挥鞭样损伤的生物力学研究奠定良好的基础。

摘要:目的 介绍自编的基于X线片设计定制型股骨柄假体程序系统的设计原理及功能模块。方法 利用图像处理方法提取X线片上一些患者股骨解剖特征点（如小粗隆最高点、股骨头中心及转子间窝等）、2个规划的手术截骨位置点（大粗隆侧截骨边界位置点及截骨线最低点位置点）以及一些设计用关键位置点（如假体远端位置、假体颈干连接段最高点位置等），以此预测患者股骨近端髓腔，并通过输入设计参数值（如颈干角、前倾角、预留的松质骨厚度、假体匹配段截面圆弧半径及假体过渡段高度等）设计出定制型股骨柄假体。并对设计出的定制股骨柄假体进行匹配区域多个截面的二维截面验证和三维的总体验证。结果 根据验证情况，调整设计参数重新生成股骨柄假体模型点云数据，使设计出的股骨柄假体与患者股骨腔相匹配，达到定制型假体设计要求。结论 介绍的程序系统可用于为患者设计定制型股骨柄假体，设计周期较短，成本较低，有利于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 比较隐形矫治中下颌尖牙在不同移动方式下的机械响应。方法 根据牙齿及其支持组织的计算机断层扫描图像，建立下颌前牙及牙周组织有限元模型，模拟尖牙在颊舌方向上的平移、倾斜、旋转，以获得这3种不同移动方式下尖牙及其牙周膜的位移和应力。结果 尖牙的初始运动和牙周膜的应力分布主要由尖牙的运动类型决定。在平移和倾斜移动中，牙周膜的应力分布和尖牙移动趋势相似。尖牙旋转的整体移动趋势在相同的位移幅度下远远大于平移移动的整体运动趋势。结论 下颌尖牙对不同移动方式的机械响应方式及程度是不同的。熟悉牙齿的这些响应的差异有助于利用不同运动方式牙齿的机械响应特点，设计更加合理的隐形矫治方案，避免损伤牙周组织，并且以最短的时间完成牙齿矫正。

摘要:目的 通过比较小学阶段超重/肥胖儿童和正常儿童平地行走时的运动学参数，探讨超重/肥胖对儿童步态的影响。方法 选取40名超重/肥胖儿童(年龄(9.6±1.72)岁；身高(142.16±12.19) cm；身体质量指数（BMI）(24.32±2.96) kg/m2)和50名正常体重儿童(年龄(10.26±0.72)岁；身高(139.0±7.50) cm； BMI(17.08±1.25) kg/m2)为研究对象，受试者赤足以自己感觉舒适的常速自然行走在长10 m的跑道，共3次；使用常速摄像机进行平面定点拍摄，采集他们平地自然行走时的图像，通过视迅录像解析系统获得步长、下肢关节角度等运动学指标；数据采用SPSS 16.0进行统计学处理，受试者各项指标左右侧的比较采用配对t检验，两组儿童的各项指标比较采用独立样本t检验，P<0.05表示结果有显著性差异。结果 （1）对于相对步长，超重/肥胖儿童（0.44±0.001)与正常儿童显著不同（0.45±0.001）(P<0.05)。（2）足跟着地阶段，左髋及左、右膝在矢状面上的角度，超重/肥胖儿童（左髋(165.36±5.29)°,左膝(178.82±5.51)°,右膝(177.84±5.25)°）与正常儿童（左髋(161.99±4.28)°,左膝(174.67±4.91)°,右膝(174.67±4.91)°）显著不同(P<0.05)；足跟蹬伸阶段，矢状面上的左踝关节角，超重/肥胖儿童（(121.73±8.03)°）与正常儿童（(118.44±6.70)°）显著不同(P<0.05)。结论 自然行走过程中，超重/肥胖儿童比正常儿童相对步长显著减小；足跟着地阶段，超重/肥胖儿童在矢状面上左髋和左右膝关节角显著大于正常儿童；足蹬伸阶段，超重/肥胖儿童在矢状面上的左踝关节角显著大于正常儿童。这些变化可能会对超重/肥胖儿童的下肢功能造成一定的影响。

摘要:目的 检测心血管疾病高发的中老年人群的血液黏度值，并找出具有统计学意义的血液黏度影响因素及拟合经验公式。方法 采集被测者静脉血液和生理病理信息，利用LG-R-80系列旋转黏度计检测血液黏度，通过SPSS软件分析具有统计学意义的血液黏度影响因素并拟合经验公式。结果 血液黏度随年龄、体重指数BMI的增加而增加，男性60岁达峰值5.35 mPa?s，女性50岁达峰值4.45 mPa?s，此后变化趋于平稳，不再升高；各年龄段内男性血液黏度值均明显高于女性，其差值范围在0.28 ~0.90 mPa?s内；高血压患病者伴有明显的血液黏度值增加，且其与对照组的黏度值差异具有统计学意义（P<0.1）。结论 心血管疾病高发年龄段人群血液黏度值分布具有一定的规律性，研究所得到的不同影响因素与血液黏度关系的经验公式，对于探讨不同生理条件下血液黏度变化、不同黏度值对一些心血管疾病的影响程度以及进一步研究血液黏度的无创检测提供有意义的参考依据。

摘要:目的 采集新鲜猪股骨干不同骨质层和骨段的钻削进给力数据，为骨科虚拟现实手术系统钻削力反馈信号的输出提供依据。方法 改装万能材料试验机和手持可调速电钻(Φ5.0 mm钻头),构建生物骨骼钻削性能参数采集系统，分别以转速n ＝500，800，1 200 r/min和进给速度v ＝30，50，70 mm/min采集6具新鲜成熟猪股骨干162个标记点的钻削进给力f，分析其与相应组织和部位的关系。结果 新鲜猪股骨干同一标记点双侧骨皮质处进给力最大（fmax＝103.63~142.59 N），髓腔处最小（接近于0），股骨干中段进给力（f4,5,6＝124.69N）较两端（f1,2,3,7,8,9＝121.84 N）大；当v ＝30 mm/min、n ＝1 200 r/min时，钻削进给力最小（fmin＝106.04 N）；当v ＝ 70 mm/min、n ＝500 r/min时，钻削进给力最大（fmax＝139.84 N）。结论 改装的生物骨骼切削性能参数采集系统能有效采集生物骨骼的钻削进给力数据；骨骼钻削进给力与骨质的组织结构、电钻转速及进给速度有密切关系，其中骨质结构越密、电钻转速越小、进给速度越大，骨骼钻削进给力越大，反之越小。实验所获得新鲜猪股骨干钻削进给力数据及其变化趋势，可为虚拟骨科手术系统力反馈输出信号设置提供依据。

摘要:目的 研究枪弹对有防护生物靶标的致伤情况与原因，为揭示人体在防护条件下的致伤机理和医学治疗提供参考。方法 选择体重60 kg的活猪作为生物靶标，参照防护条件下单兵头部和胸部的易损情况确定生物靶标内的测试物理量和具体位置。在25 m射距下分别对防护条件下生物靶标的头部和胸部射击3发9 mm巴拉贝鲁姆手枪弹，综合测量手枪弹冲击对有防护生物靶标钝性损伤起重要作用的加速度、压力、载荷力等多个力学量。结果 （1） 手枪弹对生物靶标头部的钝性损伤使颅内产生负压脉冲并伴随产生远达效应，在其脊柱和颈动脉内出现脉冲压力；（2） 手枪弹对生物靶标胸部的钝性损伤使心脏承受高加速度冲击，肺部承受高压力波作用。结论 测量结果为定量认识手枪弹对防护条件下有生目标致伤机理提供依据。

摘要:目的 研究设计一种能用于心血管急危重症的经皮植入式左心辅助装置（血泵）。方法 根据机翼理论，设计一种经皮植入的左心辅助装置，通过测量3种不同参数（叶片旋转角度、血泵出水口距离、血泵出水口长度）的血泵所能产生的流量，最终选择最优化的血泵设计。结果 经过简易流量测定装置测量，当血泵采取单叶设计，血泵叶片的旋转角度为720°时，或血泵出水口与叶片的距离为0 mm时，血泵出水口长度为4 mm时，血泵流量最大。结论 选择能产生最大流量的参数值，研制出一种可在体外正常运转的经皮植入式左心辅助装置，为最终研制一种可用于临床的经皮植入式左心辅助装置提供理论和数据支持。

摘要:交通事故中头颈部损伤因其较高的致命性，已成为最严重的损伤类型。有限元模型在创伤性脑损伤生物力学机理研究中得到日益广泛应用。回顾头颈部有限元模型的生物力学研究历史和现状，并阐述车辆碰撞交通事故中人体颅脑典型交通伤演化规律和生物力学研究进展，探索头颈部损伤安全防护的方法，以期为车辆碰撞事故中人体颅脑损伤生物力学研究和相应的汽车安全防护装置研制提供理论依据。

摘要:为了研究空间微重力环境对生命系统的影响，在空间进行细胞生物学实验是不可或缺的环节。空间细胞生物反应器作为支持空间生命科学研究的重要技术手段，直接影响到空间实验数据的质量和研究水平。迄今为止，空间细胞生物反应器技术仍在发展之中，尚无统一标准。综述空间细胞生物反应器发展的现状，介绍几类典型空间细胞生物反应器的工作原理，着重分析培养液供应方式和空间流体力学环境的特点，并简要分析对温度、溶氧、溶液pH值等过程参数控制及在线显微观测技术，以期探讨空间生物反应器的未来发展方向。

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