摘要:

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摘要:目的 钙离子(Ca2+)指示剂的光学稳定性对于显示细胞胞浆内Ca2+浓度的时间特性非常重要，定量研究Ca2+指示剂的光致荧光增强现象。方法 分别用5种不同功率的光照射5种不同细胞系（MC3T3-E1、RAW264.7、MLO-Y4、MEF3T3、HEK293），研究两种Ca2+指示剂Fluo-4 AM和Oregon green的光致荧光响应。观察光致荧光增强以及随后发生的荧光淬灭，并进一步利用毒胡萝卜素（thapsigargin, TG）刺激引起钙响应峰，分析响应峰的特征参数。结果 高功率光对于Fluo-4 AM或Oregon green都可引起荧光增强现象，但Oregon green染色细胞的响应比例以及光致响应峰的大小和时间跨度都显著小于Fluo-4 AM染色细胞。结论 使用低功率光照射Oregon green染色细胞显示细胞内Ca2+浓度变化具有更好的光学稳定性。

摘要:目的 研究采用应变能密度、等效应力、等效应变3种不同力学激励对骨重建数值模拟结果的影响。方法 建立股骨近端的二维有限元模型，基于力学稳态理论的重建控制方程并结合有限元法，分别用3种不同力学激励模拟股骨近端的内部结构及密度分布，并与CT数据计算得到的骨密度值进行定量分析比较。结果 3种力学激励模拟得到的重建结果均能反映出股骨近端的主要特征结构，但采用等效应力作为激励时得到的股骨密度曲线图的趋势和数值都与CT图像数据更为一致。结论 在骨重建力学调控机制中，应力可能起主导作用。准确预测和模拟骨重建过程将对矫形外科、骨伤治疗、人工假体的优化和个体化设计等临床实践提供理论依据。

摘要:目的 利用有限元与计算流体动力学的方法，分析不同支撑杆数目腔静脉滤器在植入过程中与血管的相互作用机制及对血流的影响，为滤器的临床治疗及设计开发提供更加科学的参考。方法 应用Solidworks软件建立支撑杆数分别为4、6和8杆的3种滤器模型；应用ABAQUS软件模拟分析3种滤器在工作状态下血管与滤器表面上的应力分布以及径向支撑刚度；应用Fluent软件模拟分析3种滤器在血管内工作时血流流速、压力、剪应力的分布。结果 3种滤器的各项力学性能和流体性能都在安全范围内。6杆滤器的综合性能相对较好；8杆滤器工作时所受应力、支撑强度、出口速度、过滤网上的剪应力均较大，流迹状态逐渐由层流向过度流变化，容易造成血管壁的损伤；4杆滤器在工作时对血管的应力较大，出口速度较低，容易造成局部血管壁的损伤，并且不利于滤器在血管病变部位的正确定位。结论 6杆滤器具有较好的血流动力学效果和综合力学性能，潜在降低了滤器植入后对血管壁的损伤及本身破裂的可能性。腔静脉滤器的模拟分析为滤器的设计和临床选择提供良好的参考依据。

摘要:目的 数值模拟研究放射治疗下放射敏感性系数、治疗频率、肿瘤细胞成熟年龄等因素对实体肿瘤放射治疗效果的影响。方法 建立放射治疗下实体肿瘤演变的连续-离散混合数学模型，模型考虑肿瘤的微环境（氧、细胞外基质、基质降解酶）以及自身行为（增殖、凋亡、黏附）对肿瘤演变的影响，并引入线性二次模型描述肿瘤对放射治疗的响应，采用数值模拟方法模拟不同条件下肿瘤演变的过程，评价放射治疗的疗效。结果 肿瘤的放射治疗效果与放射敏感性系数、肿瘤细胞成熟年龄正相关，而在放射剂量总量不变的情况下，高频治疗和低频治疗效果并没有特别明显的区别。结论 模拟结果与临床结果相吻合，可为肿瘤放射治疗的理论及临床研究提供一种新的方法。

摘要:目的 分析棘突间撑开器Coflex和X-STOP在治疗腰椎管狭窄中的不同生物力学特性，为棘突间植入物的设计改进提供参考。方法依据1名正常志愿者中立位下螺旋CT扫描资料构建L2~5健康腰椎有限元模型、L4/5椎间盘轻度退变有限元模型、棘突撑开器X-STOP和Coflex的动态固定模型，并对4组模型分别模拟前屈、后伸、侧弯和轴向旋转，验证和对比分析活动度（range of motion, ROM）的变化和应力在棘突和撑开器上的分布。结果与退变模型相比，Coflex和X-STOP有效限制退变节段后伸ROM-48.12%和-75.35%，Coflex还能限制前屈ROM-59.58%，侧弯和扭转ROM不受限制。Coflex和X-STOP减少椎间盘后伸时应力达-58.03%和-80.75%，Coflex在前屈时应力减少-52.84%。侧弯和扭转的ROM基本不受影响。Coflex最大应力发生在前屈时U型弯处，X-STOP最大应力出现在扭转时左翼螺钉连接处。Coflex与腰椎接触最大应力发生在扭转时，为31.38 MPa。X-STOP与腰椎接触最大应力发生在侧弯时，为46.86 MPa。结论Coflex和X-STOP是治疗腰椎管狭窄的有效方法，均可以显著降低后伸ROM和椎间盘压力，对相邻节段无明显影响。

摘要:目的 应用有限元方法分析评价前路钛板内固定和后路钉棒系统内固定两种术式治疗Ⅱ型不稳定Hangman骨折的生物力学差异。方法 建立完整上颈椎（C0~3）有限元模型并进行有效性验证。在此基础上建立失稳模型，并在失稳模型上分别建立装配前路钛板（titanium plate）和Cage植骨内固定模型（Plate+Cage模型）、后路C2椎弓根螺钉（C2 pedicle screws, C2PS）和C3侧块螺钉（C3 lateral mass screws, C3LMS）组成的钉棒系统内固定模型（C2PS+C3LMS模型）。在枕骨髁上施加40 N轴向压力模拟头颅重力，同时在枕骨上施加1.5 N?m力矩使模型产生前屈、后伸、侧弯、旋转运动，计算分析C2~3活动度（range of motion, ROM）、力的传导路径以及骨折线处的应变。结果 Plate+Cage模型在前屈、后伸、侧屈（单侧）和旋转（单侧）方向上C2~3的ROM比失稳模型分别减少了92.4%、97.1%、96.5%、90.0%，C2PS+C3LMS模型在各方向上比失稳模型分别减少了88.6%、90.2%、95.7%、90.3%。Plate+Cage模型在任何工况下的应力峰值均小于C2PS+C3LMS模型。结论 前路Plate+Cage内固定在前屈和后伸工况下比后路C2PS+C3LMS内固定具有更好的稳定性，而在侧屈和旋转工况下两者稳定性相当。前路Plate+Cage内固定在结构和应力分布上更加合理，可以实现复位、减压、固定、融合一步完成，是治疗Ⅱ型Hangman骨折的有效方法。

摘要:目的 研究单侧发育性髋关节脱位（developmental dysplasia of the hip, DDH）患儿早期进行Pemberton截骨术（Pemberton’s pericapsular osteotomy, PPO）后的足底压力变化情况，为患者的手术治疗和康复提供有参考价值的生物力学结果。方法 选取18名4岁前已行PPO的单侧DDH患儿作为实验组，同时以18名同年龄健康儿童作为对照组，采用Footscan足底压力测试系统进行动态足底压力测试。通过比较实验组与对照组足底各分区接触面积百分比（CA%）、压强时间积分(PTI)和站立相各分期时间百分比（CT%），评估行走状态下患者足底压力的变化。结果 与对照组和患者健肢相比，患肢在第2~5趾区PTI较高，在足跟内侧区PTI较低。与健肢和对照组相比，患肢第4、5跖骨区CA%较大，而第1、2跖骨区CA%较健肢小。与健肢和对照组相比，患肢前足离地期CT%增大，足跟着地期CT%减少，且总的触地时间更短。结论 DDH患者在早期进行PPO后足底压力存在残余异常，临床中还需要长时间的强化康复治疗来矫正患者异常的足底压力分布。

摘要:目的 探讨microRNA-34a（miR-34a）在低切应力诱导血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）增殖中的作用。方法 应用细胞联合培养平行平板流动腔系统对与VSMCs联合培养的内皮细胞（endothelial cells, ECs）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），加载时间为12 h。Western blotting检测联合培养VSMCs的增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen, PCNA）蛋白表达，以此反映VSMCs的增殖能力。实时PCR检测联合培养VSMCs的miR-34a表达变化。通过TargetScan、miRWalk等网站预测miR-34a的下游靶蛋白。Western blotting检测联合培养VSMCs的miR-34a靶蛋白Forkhead转录因子J2（forkhead box j2, Foxj2）表达。通过mimics和inhibitor转染技术，分别上调和抑制VSMCs的miR-34a表达，Western blotting检测Foxj2及PCNA的表达变化，验证miR-34a和Foxj2之间的调控关系。结果 与NSS相比，LowSS促进联合培养VSMCs的PCNA表达，并显著上调联合培养VSMCs的miR-34a表达。通过TargetScan、miRWalk等网站预测miR 34a的下游靶蛋白为Foxj2。LowSS加载下联合培养VSMCs的miR 34a靶蛋白Foxj2表达明显降低。静态条件下上调VSMCs的miR-34a表达，靶蛋白Foxj2表达明显降低，PCNA表达显著升高；抑制VSMCs的miR-34a表达，靶蛋白Foxj2表达明显上调，PCNA表达显著降低。结论 LowSS通过调控联合培养VSMCs的miR-34a和靶蛋白Foxj2，促进VSMCs增殖。研究结果为进一步阐明动脉粥样硬化疾病的发病机制及药物治疗靶标提供新的力学生物学实验依据。

摘要:目的 探讨动载荷作用下骨重建的力学调控机制。方法 对骨重建力学调控机制进行分析，吸纳力学疲劳强度理论思想，提出动载荷作用下骨重建力学调控机制；选取损伤作为力学激励，建立动载荷骨重建模型；分析动态载荷成骨效果优于静态载荷现象，数值模拟运动防治骨质疏松。结果 动态载荷成骨效果优于静态载荷现象得到较为合理的解释；运动量增加10%~30%，骨密度增加3.13%~8.61%。结论 动载荷作用下骨重建的力学调控机制可为机械振动防治骨代谢相关疾病提供理论指导，是骨重建力学调控理论的补充和完善。

摘要:目的 设计和制备新型钙磷硅基骨修复支架，研究其在不同外力作用下体外生物力学性能。方法 以自固化磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement, CPC）、介孔硅酸钙（mesporous calcium silicate，MCS）为原料，通过3D生物描绘技术构建孔径分别为350、500 μm的MCS/CPC复合支架。采用扫描电镜观察支架表面形貌；分别通过万能力学试验机和动态力学分析仪，考察具有不同孔道结构MCS/CPC支架的抗压力学性能和不同频率动态周期性载荷作用下的力学性能。结果 通过3D生物描绘技术能够实现对钙磷硅基骨修复支架内部孔道结构的可控制备。孔径为350 μm的MCS/CPC支架具有较高的抗压力学强度［(9.80±0.39) MPa］和抗压模量［(132.50±4.30) MPa］；此外，载荷频率在1~100 Hz范围内，孔径为350 μm的支架具有较高的储能模量。结论 通过3D生物描绘技术制备的孔径为350 μm的MCS/CPC复合支架不仅具有规则的连通孔道，还具有较高的抗压力学性能，能在动态载荷作用下保持结构稳定，适合作为一种新型的骨缺损修复材料。

摘要:目的 研究在线调整与运动中人体上肢刚性值之间的关系，提高人体刚性值测量的精度以及评判在线调整能力。方法 设计5类不同类型的上肢平面到达运动，通过施加快速扰动的方法，对运动过程的前期、前中期、中期、中后期和后期共5个位置的刚性值进行测量，探讨刚性值在受到在线调整影响时的变化规律，以及刚性幅值与运动精度之间的关系。结果 运动过程中刚性一直变化，而且刚性值的变化影响了最终的运动误差。运动过程中在线调整的发生会引起刚性幅值的改变，尤其是运动后期的刚性幅值，但是目前没有发现这一变化与在线调整发生的时间或者内容存在密切的联系。结论 在线调整在到达运动中扮演了重要的角色。考虑到在线调整的发生会引起刚性幅值的变化，在临床上，通过对患者在特定实验中刚性幅值的测量，结合其他医学诊断方法，可以更精确地表明患者当前在线调整功能的状况。

摘要:目的 通过比较全髋关节置换（total hip arthroplasty, THA）病人手术前后的步态变化，评估THA手术和康复效果。方法 应用IDEEA便携式步态分析仪（MiniSun公司，美国）测试7例THA患者手术前以及手术后25周自然行走时的步态，获得单腿支撑（single leg support, SLS）和双腿支撑（double-leg support, DLS）时间、SLS/DLS、跨步长、落腿强度等步态参数，并采用SPSS 16.0和Excel 2010对数据进行统计学分析。 结果 THA患者术后健侧腿SLS比术前明显下降（P<0.05）；半数以上THA患者患侧腿SLS术后比术前降低，健侧腿DLS、SLS/DLS术后比术前明显下降，患侧腿术后落腿强度比术前增加。结论 健侧腿SLS可作为评估THA手术效果的一个敏感性指标。应用便携式步态分析系统定量反映受试者的步态，是一种无创、可方便用于临床评估手术效果的方法。

摘要:目的 提出一种呼吸机潮气量检测设备的等温容器制作方法。方法 通过向一定体积的密闭容器内注入气体，测量容器内部压强与温度的变化，依据理想气体状态方程精确计算注入气体的体积。为了使注入气体时容器内部恒温，向容器内部填充细铜丝，以吸收因空气压缩而产生的热量。结果 细铜丝填充量至少为300 g/L、注入气体在100 mL以内时，可认为1 L容器内部达到等温状态。将实验系统接入呼吸机，比较测量潮气量值与设定潮气量值，实验误差在2%以内，证明实验的精确性。结论 建立用于检测呼吸机潮气量等温容器模型，可以精确检测呼吸机的通气量，为呼吸机通气量的出厂检测提供理论依据和数据支持，为临床呼吸机的通气性能检修提供更多选择。

摘要:红外捕捉系统、高速摄像、平面摄影、表面肌电测试等现行实验室测试手段不能显示人体运动时肌肉产生肌力的具体信息以及准确阐释神经 肌肉协调机制。因此，计算机模拟与仿真应运而生。目前，国内用来进行人体动作仿真的软件主要有LifeMOD、AnyBody、ANSYS等，这些软件有其自身的缺陷，如肌肉控制不够精确、价钱昂贵等。为了更好解决肌肉模拟问题，斯坦福大学团队研发了一款免费软件OpenSim，它是基于C++和JAVA语言开发的一款应用于肌肉模型开发、模拟仿真与分析神经肌肉系统的开放性软件。以计算机建模与数学理论推导为基础，对OpenSim建模理论和步骤进行详细介绍，为国内从事运动生物力学研究学者提供一些理论参考；同时，探讨未来利用OpenSim建模仿真研究的主要方向，例如通过OpenSim的模拟研究可以探求偏瘫步态、帕金森步态等异常步态的神经 肌肉机制，为异常步态康复手段的改进和完善提供依据。

摘要:在临床上，部分腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm, AAA）行腔内修复术后由于内漏以及内张力的原因还会继续膨大（再生长），甚至破裂。内漏和内张力的存在会显著影响瘤体内的力学/血流动力学环境，从而改变动脉瘤管壁的应力、应变，同时更会影响瘤体内及管壁中物质输运，如低密度脂蛋白（LDL）、氧气、一氧化氮（NO）等，进而改变动脉管壁的生化环境和生理特性。综述引起AAA术后再膨大的生物力学原因及最新研究进展，并指出生物力学环境恶化（如管壁张应力升高）及生化环境异常（LDL沉积增加、氧气浓度变化等）引起的血管管壁强度下降可能是瘤体继续膨大的根源。在总结已有研究的基础上，提出从生物力学和力生物学角度系统研究AAA术后再膨大问题，将有助于更全面认识AAA术后再膨大的机制，同时也有助于腔内修复手术的改进及植介入器械的优化，具有重要的研究价值和临床意义。