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摘要:目的 观察动态轴向压应变对三维丝素蛋白支架内成骨细胞成骨相关基因表达的影响。方法 应用动态力学加载仪对实验组小鼠胚胎成骨细胞MC3T3-E1加载动态轴向压应变（5%应变幅度，1 Hz，30 min/d，共21 d），对照组细胞常规静置培养，不施加力学刺激。应用定量PCR检测细胞成骨基因碱性磷酸酶（ALP）、I型胶原（COLⅠ）、骨特异性转录因子（Runx2）、成骨相关转录因子（Osx）、骨钙蛋白（OCN） mRNA表达量。结果 成骨细胞在周期性轴向压应力刺激下，Runx2、Osx及COLⅠ表达分别增加280%、68.9%和79.6%，ALP及OCN表达也分别增加10.7%和26.9%。实验组成骨相关基因mRNA表达与对照组比较,差异具有统计学意义（P<0.05）。结论 成骨细胞复合丝素蛋白生物支架材料在周期性轴向压应力刺激下，成骨基因COLⅠ、Runx2、Osx及OCN表达明显上调，可能是生理状态下压应力刺激促进骨折愈合的重要机制之一。研究结果对于以力学信号为基础的细胞疗法修复骨缺损等疾病具有重要临床价值。

摘要:目的 通过有限元方法探讨不同严重程度的Cam型髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement，FAI)关节软骨接触力学的变化。方法 建立正常髋关节及不同α角的 Cam型FAI髋关节三维有限元模型，计算行走、坐下、起立等日常活动下的关节软骨接触压力和应力。结果 完整步态周期加载过程中，不同α角的Cam型FAI软骨接触压力分布与正常髋关节接近，无高接触压力和Von Mises应力集中区域；坐下、起立加载过程中，Cam型FAI软骨接触压力均大于正常髋关节，且随α角的增加而增大，其接触区域主要位于髋臼缘前上方，局部出现过高压力和Von Mises应力集中。结论 Cam型FAI软骨接触力学变化的关键影响因素是运动方式，关节软骨过高的接触压力和Von Mises应力，可能是其引起软骨退变并最终导致骨性关节炎的力学原因。

摘要:目的 利用实验和数值模拟方法对CAD/CAM二硅酸锂单层冠的触压破坏进行分析，研究粘接剂吸水老化对瓷冠承载能力的影响。方法 设计并制作二硅酸锂单层冠切片试件，平均分组保存于空气和水环境中30 d后进行触压实验，对比分析其承载力；通过电子扫描显微镜对切片试件的断裂面和粘接界面进行观察；利用数值模拟方法计算瓷冠的应力分布，分析单层冠承载能力受粘接剂老化的影响。结果 保存于空气中的单层切片全瓷冠承载力为(561.51±65.66) N，粘接剂吸水老化后单层冠承载力为(398.09±90.20) N，有显著性差异；粘接剂老化后粘接强度降低，导致瓷层下表面处拉应力增大，使得单层冠更易产生破坏。结论 粘接剂遇水老化使界面的粘接力下降，改变了单层冠承载时的应力分布，降低了单层冠的承载能力。研究结果为临床中CAD/CAM单层冠修复系统的设计和制备提供参考依据。

摘要:目的 研究猪胸主动脉血管各向异性的力学特性。 方法 收集21条猪胸主动脉血管并分成3组。沿每条血管的轴向剖开并展成平面，以展开后血管的长方向（即血管轴向）0°为起始角，逆时针方向分别切取30°、 45°、 60°、90°、120°、 135°、 150°、180° 8个角度方向的样本。以1、5、10 mm/min的加载速率分别对3组样本进行单轴拉伸测试，以获得血管样本在8个不同方向及3种加载速率下的弹性模量和极限应力。 结果 不同角度样本的应力 应变曲线呈现出不同的黏弹性行为；随着样本角度的变化，从30°开始，弹性模量逐渐增大，到90°时弹性模量最大，然后逐渐减小，直到180°；极限应力与弹性模量的变化规律基本一致。不同加载速率对弹性模量和极限应力的结果具有明显的影响，但对血管的各向异性度影响较小。结论 猪主动脉血管呈现较强的各向异性，研究结果为有限元分析建模中材料属性的赋值提供参数参考，对理解血管生物力学特性具有重要的意义。

摘要:目的 基于CT图像对人体颈胸段脊柱C5~T2节段进行三维模型重建，采用有限元方法探究椎弓根螺钉、钛网和钢板等不同内固定器械组合对颈胸段脊柱全脊椎切除（total spondylectomy, TS）术后稳定性的影响及内固定器械的应力分布。方法 建立颈胸段脊柱C5~T2节段健康完整模型，并通过与体外实验关节活动度（range of motion, ROM）结果对比验证模型有效性。在健康完整模型基础上，建立颈椎C7节段行TS后的4种重建模型：TM+AP+DPS模型（钛网+前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定），TM+AP+SPS模型（钛网+前路钢板+后路单节段椎弓根螺钉固定）；TM+DPS模型（钛网+后路双节段椎弓根螺钉固定）；AP+DPS模型（前路钢板+后路双节段椎弓根螺钉固定），并分析各重建模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右扭转时的ROM及内固定器械的应力分布情况。结果 TS术后重建会大幅度降低重建节段ROM，模型的重建节段ROM均下降超过93%，后路单节段螺钉固定时，钛网出现应力集中现象。结论 4种模型重建节段固定效果相近，后路双节段螺钉固定的3种模型中内固定器械应力分布较为平均，模型整体稳定性优于后路单节段固定模型。

摘要:目的 研究开发一种基于减重功能训练的双气囊减重设备，并分析该结构设计的合理性。方法 建立双气囊中充气过程中的数学模型，利用Gambit软件建立双气囊三维模型并进行网格划分，利用Fluent软件对气囊内部气体流动进行模拟计算。在装置的设计与样机初步加工的基础上，选取体重范围在80 kg内不同体重的正常人进行临床实验。结果 上、下气囊的充气时间为16.9 s，最大减重比为90%，内部压力均在2 kPa，初步临床实验获得减重比与气囊内部气压值的关系，验证了结构设计的合理性。结论 设计的双气囊结构符合减重训练的需求，可为下肢功能障碍患者康复训练提供一种有效的减重方法和结构设计的思路。

摘要:目的 应用有限元法研究仰卧位屈膝屈髋按压法对骨盆应力及骶髂关节应变分布特点的影响，讨论该手法扳动整个骶髂关节的可能性。方法 利用CT图像建立正常骨盆三维有限元模型。根据手法原理，将屈膝屈髋按压法分解为两个方向的力，将这两个力加载于三维有限元模型并进行计算分析，得到该加载下骨盆应力和骶髂关节应变的分布情况。结果 加载模拟手法后，骨盆的主要应力位于骶髂关节前下1/3处、坐骨大切迹及臀下线和臀前线的中1/3；骶髂关节的最大应变主要位于骶髂关节的后上缘、后下缘及上缘中部1/2。结论 屈膝屈髋按压法只能扳动骶髂关节的下1/3处，而不能扳动整个骶髂关节。

摘要:目的 探讨生物膜不同成长时期对部分钛质听骨赝复物结构动力行为的影响,为临床治疗分泌性中耳炎等疾病提供理论依据。方法 基于人体正常右耳的CT扫描图像，结合自编程序，重建人耳三维有限元模型，对其进行声音传导动力分析，并与实验数据对比。采用频率响应方法对耳结构模型进行计算，同时分析不同生长时期的细菌生物膜生长在人工钛质听骨上对声音传导的影响。结果 模拟得到鼓膜凸和镫骨底板振幅与实验数据吻合，验证了模型的正确性。生物膜的存在会使患者听力在低频段有0~1.6 dB的损伤；生物膜沿部分听骨赝复物径向生长会使患者听力在中高频阶段有0~12 dB的损伤，尤其是在8 kHz时，听力损伤高达11.2 dB。结论 细菌生物膜对患者听力有影响，在低频段会使患者听力损失，在高频段听力有增加。细菌生物膜在人工听骨上的径向生长会降低听力，影响人工假体对听力恢复正常的工效。

摘要:目的 研究微血管中红细胞在剪切流中的运动特性，为阐明血管疾病的发病机制和开展血液循环实验研究提供理论参考。方法 建立具有膜厚度的超弹性红细胞模型，结合反馈力法和有限元浸入边界法，模拟红细胞在血液剪切流作用下的结构变形和运动方式。其中，固体采用超弹性材料，利用有限单元法进行求解；流体为不可压缩牛顿流体，利用有限差分法求解。结果 数值计算结果重现了细胞在剪切流中以“坦克履带式”向前滚动的运动方式。计算结果与文献结果吻合较好，验证了计算方法的可靠性。结论 所采用的浸入边界法对处理大变形问题的优势尤为明显，可以较好地展示红细胞在剪切流中的变形全过程。

摘要:目的 分析骨组织工程支架微孔参数对支架力学性能的影响，为支架微孔结构的优化设计提供参考依据。方法 利用ANYSY软件建立支架微孔结构有限元模型，计算最大等效应力、最大总变形与孔隙率的关系，并分析比较不同孔径、孔间距结构对支架最大等效应力、最大总变形、内部应变的影响。结果 x、y轴方向孔间距的影响规律一致，随着孔间距从0.6 mm增加到2.0 mm，最大等效应力从63.1 MPa减小到46.3 MPa，最大总变形从23.8 μm减小到21.8 μm，最佳应变比从80%增大到84%；但随着z轴方向孔间距的增大，最大等效应力从38.3 MPa增大到47.8 MPa，最大总变形从20.8 μm增大到22.8 μm，最佳应变比在82%~85%波动。x,y轴方向孔径从0.1 mm增加到1.0 mm时，最大等效应力从32.4 MPa增大到78.4 MPa，最大总变形从19.9 μm增大到38.2 μm，最佳应变比从90%减小到53%；z轴方向孔径的增大会引起支架的最大等效应力从58.8 MPa减小到37.9 MPa，而最大总变形从23.3 μm增大到25.9 μm，最佳应变比从82%增大到87%。结论 支架孔隙率和最佳应变比越大，最大等效应力、最大总变形越小，支架生物性能和力学性能越好。研究结果对支架的结构设计和优化具有参考价值。

摘要:目的 研究鞋跟高度对青年女性下楼梯步态的影响，分析女性穿高跟鞋下楼梯时的风险因素。方法 利用红外高速运动捕捉系统测试17名青年女性穿4种不同鞋跟高度皮鞋下楼梯的步态，计算受试者的步态时空参数和下肢关节角度。结果 与穿平跟鞋相比，穿3、5、7 cm高跟鞋下楼梯时步态周期增大，支撑相和双支撑相所占步态周期比例减小，步宽显著减小。与穿平跟鞋相比，穿5、7 cm高跟鞋下楼梯时踝关节矢状面内关节活动幅度均较小，穿3、5、7 cm高跟鞋时踝关节水平面内关节活动幅度均较大。穿3、5 cm高跟鞋时膝关节矢状面内关节活动度显著小于穿平跟鞋，穿3、5、7 cm高跟鞋时膝关节水平面内关节活动幅度显著大于穿平跟鞋。穿5、7 cm高跟鞋时髋关节最大屈曲角度显著大于穿平跟鞋，穿3、5、7 cm高跟鞋时髋关节最小屈曲角度显著大于穿平跟鞋。结论 随着鞋跟高度的增加，下楼梯时摆动期占步态周期百分比和步态周期都增大，而支撑相占步态周期百分比、双支撑相（后期）占步态周期百分比和步宽都减小，增加了下楼梯时跌倒的危险；同时，踝、膝关节矢状面内的关节活动幅度逐渐减小，水平面内的关节活动幅度增大。研究结果有助于深入了解鞋跟高度对穿着者下楼梯步态的影响特征和规律，为分析下楼时可能出现的损伤危险提供依据。

摘要:目的 比较正走和倒走两种不同行走模式时膝关节的生物力学特征。方法 采用三维运动捕捉系统Vicon T40和测力台AMTI OR6-7采集并比较13名健康青年男性志愿者正走和倒走时的时间、空间、运动学和动力学参数。结果 与正走相比，倒走时的步速、步频和步幅均显著减小，跨步周期和支撑相所占百分比显著增加；在矢状面上，倒走时膝关节活动度、最大屈伸力矩较正走小；在冠状面上，倒走时膝关节内翻外展活动范围也较正走小，内翻力矩峰值在支撑早期较正走小，但在支撑晚期较正走大；地面反作用力在支撑早期较正走大，但在支撑晚期较正走小。结论 倒走和正走膝关节生物力学特征差异明显。与正走相比倒走在支撑相早期能减轻膝关节内侧间室的负荷，而倒走在支撑相晚期对膝关节负荷的影响则尚须进一步研究。

摘要:目的 利用表面肌电图(surface electromyography, sEMG) 评估坐位伸膝伴或不伴髋内收动作下髌股疼痛综合征（patellofemoral pain syndrome，PFPS）患者股四头肌失衡程度。方法 PFPS病例组及正常对照组各30人，分别在坐位伸膝伴或不伴髋内收动作时检测股外侧肌(vastus lateralis，VL)及股内斜肌（vastus medialis oblique， VMO）表面肌电图，分析时域指标均方根振幅(root mean square，RMS)、积分肌电值（integrated EMG，IEMG），比较其平衡关系。结果 坐位伸膝伴或不伴髋内收动作时病例组VL时域指标无显著性差异；VMO时域指标有统计学差异，伴髋内收时RMS、IEMG指标值较高，说明伴髋内收时VMO的肌肉募集增强。结论 坐位伸膝动作伴髋内收的动作可以对髌股疼痛综合征患者VMO肌电活动产生促进作用，从而使VL、VMO之间达到更好的平衡状态。

摘要:目的 比较单、双侧接骨板治疗干骺端粉碎股骨远端骨折的生物力学稳定性。方法22根人工股骨标本建立干骺端粉碎股骨远端骨折（AO分型：C2.3）模型，随机分成2组，每组11根。单钢板组用外侧远端解剖锁定板固定，双钢板组外侧用远端解剖锁定板、内侧用直型锁定接骨板固定。每组标本中5根进行垂直加压，3根进行循环垂直加压测试，检测干骺端内侧间隙压缩位移，剩余3根进行极限加压测试，记录固定失败时的最大负荷。结果 垂直加压测试中，单钢板组平均内侧压缩位移为(2.61±0.28) mm，双钢板组为(0.46±0.08) mm。循环垂直加压测试中，单钢板组平均内侧压缩位移为(1.56±0.12) mm，双钢板组为(0.43±0.05) mm。极限加压测试中，单钢板组平均最大负荷为(5 567±338) N，双钢板组为(9 147±186) N，每组差异都有统计学意义（P<0.05)。结论 双钢板固定干骺端粉碎股骨远端骨折的内侧抗压缩能力较单钢板固定显著增强，使股骨远端内侧结构更加稳定，有助于病人早期功能康复锻炼。

摘要:开展漏斗胸微创矫形手术的生物力学研究以及阐述矫形机制对于提高矫形手术水平、开展个性化手术治疗、发展新的矫形手术方法和扩展微创矫形手术的应用范围具有重要意义。漏斗胸微创矫形手术已经成功用于儿童的漏斗胸矫形，但是成人漏斗胸矫形手术的应用还未普及。面对漏斗胸矫形可能会加重脊柱侧弯的风险，医生被迫放弃手术，致使部分漏斗胸合并脊柱侧弯的患者终生不能得到治疗。总结漏斗胸微创矫形手术的生物力学研究进展，包括胸廓模型的三维重建、矫形模型的应用、矫形过程的数值模拟以及数值模拟结果在临床的应用。结合成人漏斗胸矫形数值模拟的特点提出解决方法，并针对漏斗胸的生物力学研究现状提出需要解决的问题，如计算模型需要考虑主要肌肉、椎间盘、前后纵韧带、椎体横凸棘间韧带和棘上韧带，验证数值计算结果的实验研究方法等。

摘要:阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS）是一种在睡眠时反复出现咽部塌陷导致呼吸暂停的疾病，其发病机制涉及多个方面。根据人体上气道系统解剖结构与生理学特点，从生物力学角度研究可能诱发睡眠呼吸暂停的各种因素，讨论近年来研究睡眠呼吸暂停的生物力学模型，分析可能导致OSAHS疾病的力学机制，并对OSAHS生物力学今后的研究进行展望。建立上气道生物力学模型是研究OSAHS发病机制的有效方法之一，对OSAHS术前评估和术后预测具有重要的临床意义。