• 2017年第32卷第3期文章目次
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      2017, 32(3).

      摘要 (2920) HTML (0) PDF 379.75 K (2446) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2017, 32(3).

      摘要 (2817) HTML (0) PDF 689.87 K (2523) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 《医用生物力学》杂志稿约

      2017, 32(3).

      摘要 (1875) HTML (0) PDF 647.18 K (2513) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >力学生物学
    • ROCK1及其相关信号分子参与张应变调控的血管平滑肌细胞增殖

      2017, 32(3):205-212.

      摘要 (1810) HTML (0) PDF 1.62 M (732) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨Rho相关卷曲蛋白激酶1(rho-associated coiled-coil containing protein kinase 1, ROCK1)及其相关信号分子在感受张应变机械刺激、调控血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)增殖功能中的作用。方法 应用张应变加载系统对体外培养VSMCs施加牵张幅度10%、频率1.25 Hz生理性周向张应变;Brdu检测VSMCs增殖水平;Western blotting检测力学加载后VSMCs的ROCK1表达水平以及蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)α/β II、蛋白激酶D(protein kinase D, PKD)、胞外信号调节激酶(extracellular regulated protein kinase, ERK)磷酸化水平;采用RNA干扰技术(RNA interference, RNAi)检测ROCK1对VSMC增殖和PKCα/βII、PKD、ERK磷酸化的调控作用。结果 10%生理性张应变加载12、24 h显著抑制VSMCs的ROCK1表达,并显著抑制PKD和ERK的磷酸化;10%生理性张应变加载12 h显著抑制PKCα/βⅡ 的磷酸化,但加载24 h PKCα/βⅡ 的磷酸化与静止对照组相比无显著差异。RNAi抑制VSMCs的ROCK1表达后,VSMCs增殖水平显著降低,同时PKCα/βⅡ 和PKD磷酸化水平显著降低,但ERK磷酸化无明显变化。结论 10%生理性张应变可能通过抑制ROCK1表达调控PKCα/βⅡ 和PKD的磷酸化水平,从而影响VSMCs增殖,维持血管稳定性。探讨张应变力学刺激调控血管细胞功能的细胞内信号转导网络,对心血管生理和疾病病理机制研究具有一定意义。

    • 生长板材料属性对6岁儿童乘员膝关节损伤影响分析

      2017, 32(3):213-219.

      摘要 (1840) HTML (0) PDF 1.71 M (730) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 构建较高仿真度的6岁儿童乘员下肢有限元模型,验证6岁儿童乘员膝关节的有效性;分析在前碰撞载荷下生长板对儿童膝关节的生物力学响应及损伤机制。方法 基于儿童生理结构及CT影像构建包含生长板的6岁儿童乘员下肢有限元模型,赋予相应的材料属性;参照Kerrigan及Haut等生物力学实验,验证模型的有效性,分析不同生长板材料属性对膝关节的损伤影响。结果 通过模型仿真实验与生物力学实验曲线对比验证了模型的有效性;在膝关节区域,生长板的存在可以改变儿童乘员下肢骨折的损伤模式;不同生长板的材料属性,可以影响股骨轴向损伤力的阈值及达到损伤阈值而发生骨折的相对位置。结论 所建模型得到有效验证,可用于6儿童乘员膝关节损伤生物力学响应及损伤机制的相关研究及应用。

    • 椎间融合器高度对颈椎生物力学影响

      2017, 32(3):220-226.

      摘要 (2005) HTML (0) PDF 2.05 M (702) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究颈椎前路减压融合术中椎间融合器高度对颈椎生物力学影响,为融合器选择提供参考。方法 建立正常颈椎C2~7节段有限元模型并验证,在C5~6节段分别植入高度为5、6、7、8 mm的融合器,施加1.5 N·m力矩使颈椎产生前屈、后伸、侧弯和轴向旋转运动,并探究融合器高度变化对颈椎活动度(range of motion, ROM)、小关节应力、椎间压强等的影响。结果 融合器高度每增加1 mm,手术节段的角度值平均增加0.68°。植入融合器后C5~6 ROM范围小于0.44°。融合器高度差异对C4~5的ROM影响大于C6~7,对非融合节段ROM的影响小于7.3%。融合器高度差异对非手术节段ROM、小关节应力、相邻节段椎间压强的影响较小。关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均随融合器高度增加而明显增加,6、7、8 mm融合器模型的关节囊韧带、融合器和钉板系统应力均远高于5 mm融合器模型。结论 对于需要植入融合器的患者,建议植入物高度比原椎间隙高0~1 mm。

    • 前路椎体次全切除减压融合术治疗下颈椎的有限元分析

      2017, 32(3):227-234.

      摘要 (1833) HTML (0) PDF 2.35 M (688) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立人体下颈椎C3~7节段前路椎体次全切除钛网植骨融合术的三维有限元模型,分析术后椎体稳定性及内固定器械的应力分布。方法 建立前路椎体C5节段次全切除钛网植骨钢板螺钉内固定颈椎C3~7节段有限元模型,同时建立C3~7节段下颈椎原始模型。对术后模型分别施加0.5、1.0、1.5、2.0 N﹒m扭矩,分析前屈、后伸、侧弯及轴向旋转时关节活动度(range of motion, ROM)、关节突关节最大应力与内固定器械整体应力分布情况。结果 前路椎体次全切除减压融合术(cervical corpectomy and fusion, ACCF)后,C5重建节段ROM随扭矩的增大而增加,与无损模型在1.0 N·m、预载荷50 N工况下相比, C5重建节段、C3~4,C6~7和C3~7节段ROM分别下降81%、62%、58%和80%;C5重建节段后方关节突关节最大应力减小, 临近节段关节突关节应力显著升高;钛网应力主要分布于运动受压侧,螺钉根部承受较大载荷。结论ACCF术式会较大提升颈椎稳定性,降低手术节段后方关节突关节应力,对于减缓因脊髓型颈椎病引起的脊髓压迫有较好疗效。研究结果可为ACCF手术的临床应用研究提供理论依据。

    • 脊柱侧凸腰骶椎结构的有限元分析及其变形趋势

      2017, 32(3):235-241.

      摘要 (1900) HTML (0) PDF 2.33 M (604) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究两种典型侧凸脊柱的腰骶椎(L1~S1)结构在垂直向下载荷作用下形变大小和位移趋势的相关性,为临床治疗与预防脊柱侧凸提供力学依据。方法 以典型性Lenke-4AN型和Lenke-5CN型侧凸脊柱为研究对象,将其X线计算机断层成像的腰骶椎图像转换成三维模型,进而建立并验证其有限元模型,通过有限元工具计算各模型的内部应力分布和位移变化;分析侧凸脊柱的腰骶椎结构与变形位移之间的相关性。结果 两种腰骶椎模型在相同边界条件和载荷情况下,应力和位移的大小和变化趋势各异。Lenke-4AN型侧凸脊柱的腰骶椎有左倾和前凸性弯曲变形,前凸角(60°)较大、左倾角(17.37°)较小,产生轻微的左倾(0.97 mm)和较大的前倾(8.18 mm)变形; Lenke-5CN型侧凸脊柱的腰骶椎同样有左倾和前凸性弯曲变形,前凸角(59°)较大、左倾角(26.97°)较大,产生更严重的左倾(20.65 mm)和前倾(9.22 mm)变形。结论 腰骶椎结构特点与其变形趋势密切相关,不同脊柱侧凸腰骶椎结构会引起相应的变形趋势。研究结果对脊柱侧凸的预防和治疗具有重要的意义。

    • 锁骨骨折复位拉伸力优化加载方案的模拟分析

      2017, 32(3):242-247.

      摘要 (1565) HTML (0) PDF 2.10 M (605) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨锁骨骨折复位拉伸力的外部加载最优方案,为锁骨骨折外固定器的优化设计提供力学参考。方法 利用志愿者肩部CT扫描数据通过Mimics软件建立人体左侧肩部的三维模型。为了更好地模拟实际人体肩部,在模型中添加韧带组织并考虑肌肉组织的约束,建立复位拉伸力模拟分析的实验模型。通过3组仿真实验,分别模拟分析复位拉伸力方向、作用点位置的影响及取值范围,采用正交试验法综合模拟多种外部载荷情况下人体肩部模型锁骨部位获得的复位拉伸力。结果 当外固定器加载在肩部合力方向在水平面的投影与冠状轴的夹角 >45°时,锁骨获得复位拉伸力,且随着夹角越大拉伸力越大。外固定器加载在肩部合力方向在矢状面的投影与矢状轴的夹角 =30°~45°时,锁骨复位拉伸力最大。外固定器在肩部作用的位置离锁骨水平位置越远,锁骨复位拉伸力就越大。结论 正交试验结果表明,产生最佳复位拉伸力的参数组合为θ=65°, η=50°,施加在人体肩部肱骨头中心。

    • 通过骨支架的数字化建模分析其力学性能与内部流场分布

      2017, 32(3):248-255.

      摘要 (1577) HTML (0) PDF 2.77 M (635) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同骨支架结构的力学性能与内部流场分布,为模型结构的优劣提供直观上的比较和评判,为骨支架结构设计提供有效的指导方法。方法 利用Pro/Engineer和MIMICS等软件重建自然结构骨支架、编织状骨支架和球形孔骨支架,并通过有限元方法分析3种支架的有效弹性模量、应力分布和三维灌注培养下支架内部流场分布。结果 采用相同材料设计得到的自然结构骨支架表现出更小的有效弹性模量;当3种支架受到相同压力时,自然结构骨支架内部应力峰值更小且应力分布更均匀;初始流速和流体黏度相同时,自然结构骨支架表现出更小的内部流速、壁面剪切应力和壁面压力。结论 自然结构骨支架模型具有相对较好的生物力学性能,在3种骨支架中最适合用于骨组织工程中骨支架结构选型。

    • 3D打印多孔钛支架微观孔隙结构和力学性能

      2017, 32(3):256-260.

      摘要 (1783) HTML (0) PDF 1.54 M (643) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究3D打印技术制造的钻石分子结构多孔钛支架的微观孔隙结构和力学性能,指导3D打印多孔钛骨科植入物的开发。方法 采用选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)和电子束熔化(electron beam melting,EBM)两种金属3D打印制造工艺,制造钻石分子结构多孔Ti6Al4V支架。使用光学显微镜和扫描电镜观察其微观孔隙结构,并使用万能材料试验机对这些支架进行压缩测试。结果 两种3D打印制造工艺都会存在加工误差,并且在表面存在半熔融金属颗粒。SLM工艺相对误差为20.9%~35.8%。EBM工艺相对误差为﹣9.1%~46.8%,且制造不出杆件宽度为0.2 mm的支架。SLM工艺制造的支架抗压强度为99.7~192.6 MPa,弹性模量为2.43~4.23 GPa。EBM工艺制造的支架抗压强度为39.5~96.9 MPa,弹性模量为1.44~2.83 GPa。结论 SLM工艺比EBM工艺制造精度高。支架的孔隙率是影响其抗压强度和弹性模量的主要因素,相同工艺的情况下,孔隙率越大,抗压强度越小,弹性模量也越小;相近孔隙率的情况下,SLM工艺比EBM工艺强度高,弹性模量也高。

    • 3种可转换型腔静脉滤器过滤血栓效果的对比分析

      2017, 32(3):261-266.

      摘要 (1873) HTML (0) PDF 3.00 M (661) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同血栓直径和血栓含量下可转换型腔静脉滤器用于肺动脉栓塞治疗后的过滤血栓效果。方法 构建3种过滤单元形状(L型、S型和W型)的可转换型腔静脉滤器模型,利用计算流体力学方法进行血流动力学数值模拟,对比分析不同直径(5、10、15 mm)和不同含量(10%、15%、20%)血栓条件下的过滤血栓效果。结果 血栓直径越大,含量越多,滤器滤杆上分布的血栓体积分数越大,滤器的过滤血栓效果越好。当血栓直径为5 mm时,与其他两种滤器相比,S型滤器的过滤效果最好;当血栓直径为10 mm时,W型滤器的过滤效果最好;而在血栓直径为15 mm时,S型滤器与W型滤器的过滤效果相同,均比L型滤器的过滤效果好。结论 滤器的植入造成了血流动力学的改变,它的过滤效果不仅与过滤单元结构有关,还与血栓含量和血栓直径大小有着密切相关。研究结果为新型可转换型腔静脉滤器的设计和临床选择提供了理论参考依据。

    • 颈椎旋转手法对兔粥样斑块期颈动脉拉伸力学性能的影响

      2017, 32(3):267-273.

      摘要 (1569) HTML (0) PDF 1.23 M (619) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨颈椎旋转手法对兔粥样斑块期颈动脉拉伸力学性能的影响。方法 选取30只健康的雄性新西兰大耳兔,随机分为实验组、模型对照组和空白对照组。实验组对兔进行颈动脉粥样硬化斑块造模及颈椎旋转手法干预,模型对照组仅进行颈动脉粥样硬化斑块造模,而空白对照组不进行任何干预。观测3组兔在不同干预后颈动脉各项拉伸力学性能指标的差异。结果 实验组与模型对照组以及空白对照组比较,最大应变、最大载荷和生理性弹性模量均有统计学差异(P<0.05);实验组最大应变比模型对照组、空白对照组分别小24.87%、52.09%;实验组最大载荷分别是模型对照组、空白对照组的2.21、3.47倍;实验组生理性弹性模量分别是模型对照组、空白对照组的1.60、1.89倍。结论 相对正常颈动脉而言,颈动脉粥样硬化斑块的存在会降低颈动脉的拉伸力学性能,而对存在颈动脉粥样硬化的兔进行颈椎旋转手法操作,会进一步降低颈动脉的拉伸力学性能。因此,临床上对于存在颈动脉粥样硬化斑块的患者,最好避免进行颈椎旋转手法操作。

    • 循环加载下关节软骨的棘轮应变及理论预测

      2017, 32(3):274-279.

      摘要 (1645) HTML (0) PDF 1003.71 K (619) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 获得不同加载条件下关节软骨的棘轮应变,建立预测棘轮应变的理论模型,并对软骨的棘轮应变进行预测。方法 将猪股骨远端滑车部的新鲜关节软骨作为研究对象,采用非接触式数字图像技术,测试循环压缩载荷下关节软骨的棘轮应变;建立预测棘轮应变的理论模型,对不同应力幅值和加载率下软骨的棘轮应变进行预测,并比较预测结果与实验结果。结果 随循环圈数的增加,软骨的棘轮应变先快速增长然后趋于稳定;定加载率下,软骨的棘轮应变随应力幅值的增大而增大;定应力幅值下,棘轮应变随加载率的增大而减小。实验结果与建立的理论模型预测结果吻合良好。 结论 关节软骨的棘轮应变与应力幅值成正比,与加载率成反比。建立的理论模型可以预测软骨的棘轮行为,同时为组织工程软骨的构造提供指导。

    • 一种适用于研究切应力对蓝藻细胞活性影响的实验装置

      2017, 32(3):280-283.

      摘要 (1886) HTML (0) PDF 1.19 M (516) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 设计一种用于进行切应力对蓝藻细胞活性影响的相关实验研究装置。方法 针对现有流体切应力实验装置容积小、切应力不稳定、难以进行定量分析和持续性差等缺陷进行设计优化。成功设计出1个有效容积400~700 mL、误差小于13.8%、能产生定量均匀切应力场且可进行至少96 h跟踪观测的切应力发生装置。结果 通过对铜绿微囊藻的实验研究,证实所设计装置产生的切应力可对铜绿微囊藻细胞的活性产生显著的影响。 结论 设计的实验装置是进行流体切应力对蓝藻细胞活性影响相关研究的有效仪器。

    • 拇指腕掌关节韧带的解剖力学分析及临床意义

      2017, 32(3):284-287.

      摘要 (2093) HTML (0) PDF 739.34 K (588) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究拇指腕掌关节背桡韧带及前斜韧带的解剖学及生物力学特点,测量其弹性模量及延伸率,为伤病时韧带修复提供参考。方法 解剖成人男性尸体40例新鲜手标本,做成大多角骨-韧带-第1掌骨标本,20例保留背桡韧带,20例保留前斜韧带,在生物力学机上测试,测量和计算背桡韧带及前斜韧带的长、宽、厚、最大载荷、弹性模量、延伸率。结果 背桡韧带、前斜韧带的最大载荷分别为(213.5±72.4) 、(168.7±35.2) N,弹性模量分别为(17.2±6.7) 、(9.3±2.5) N/mm2,延伸率分别为(116.2±21.3)%、(92.7±22.4)%。背桡韧带的最大载荷、弹性模量及延伸率均大于前斜韧带。结论 拇指腕掌关节囊内韧带中,背桡韧带刚度较大,韧性较强,对维持关节稳定性起重要作用。前斜韧带刚度较小,韧性较差,韧带退变时容易损伤。拇指腕掌关节炎应该首选重建前斜韧带,且应选用弹性模量及延伸率接近背桡韧带的材料为佳。

    • 压电式步态分析系统在足底压力监测中的应用

      2017, 32(3):288-292.

      摘要 (1645) HTML (0) PDF 1.46 M (603) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过研究压电式步态分析系统在足底压力监测中的实际应用,为人体步态分析及其在临床医学及康复治疗作用提供参考。方法 设计压电式步态分析系统,采集鞋垫中6个采集点的压力信号,通过蓝牙模块传输足底压力信号,并采用所设计手机APP和MATLAB软件分析和处理压力信号。结果 利用MATLAB软件插值、颜色映射等功能绘制足底压力云图、压力中心蝴蝶图,通过测量双脚摆动相计算步行周期,手机APP实时监测足底压力以实现意外摔倒报警。结论 该系统可实现站立姿态、平衡状态、步行周期及意外摔倒的监测,所得实验结果与临床研究结论基本保持一致,同时可穿戴式结构更适合于真实步行场景。

    • >感觉系统生物力学
    • 有限元分析在腰椎手法治疗中的生物力学研究进展

      2017, 32(3):293-298.

      摘要 (2019) HTML (0) PDF 784.79 K (621) 评论 (0) 收藏

      摘要:中医腰椎手法在腰痛等慢性损伤性腰椎病的疼痛治疗中有明显的临床优势,但其基础研究不足是限制手法进步的重要因素。利用有限元技术能够很好地模拟各类腰椎手法的力学状况,分析其作用机制、验证假说,规范手法操作,定量、定性和优化治疗方案,为手法治疗的基础研究提供有效的研究方法。通过回顾近年腰椎手法治疗的有限元研究,探讨不同腰椎手法对椎间盘、附属结构、脊柱负荷以及椎体力学稳定性的影响,结果发现目前关于腰椎手法的有限元研究有待于对模拟方法进行标准化和精确化,同时可进一步推广有限元的研究思路,更好地指导中医腰椎手法的临床运用。

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