摘要:

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摘要:目的 建立符合解剖结构的头颈三维动力学有限元模型，研究冲击力作用下头颈部动力学响应。方法 采用中国成年男性志愿者颈部CT扫描图像，获取颈椎三维点云数据，通过有限元前处理软件ICEM-CFD和HyperMesh建立颈部有限元模型。模型包括椎骨、椎间盘、小关节、韧带和软骨等组织，结合已建立并验证的头部有限元模型，装配成具有详细解剖结构的人体头颈部有限元模型。结果 模型参考公开发表的头颈部轴向冲击实验数据进行验证，其颈部变形、头部加速度、接触力曲线以及损伤部位与实验数据吻合较好。结论 动力学三维有限元模型可用于汽车安全、运动学损伤等领域人体头颈部的动态响应和损伤机制研究。

摘要:目的 探讨家猪脑组织形态学及生物力学特性时序性变化规律及其推断死亡时间（postmortem interval，PMI）的可行性。方法 采集42个家猪脑组织，25 ℃恒温、75%恒湿气候箱内放置，每12 h(0、12、24、36、48、60 h；n=6) 按照定时、定位、定向、定比、定量、定形“六定”规范切取额叶脑组织，甲醛固定，生物力学检测仪检测各组试件的生物力学参数并制备组织形态切片。结果 PMI 60 h内脑组织大体呈自溶腐败变色、瘫软、泥化、液化等趋势；PMI 0~48 h脑白质间隙总面积及其累积光密度均明显增高；PMI 12~60 h极限载荷、平均力、弹性模量、断裂能量均呈下降趋势，其中极限载荷组间差异高度显著；平均力、弹性模量和断裂能量组间比较均差异显著。结论 脑组织形态结构与生物力学性状变化之间呈明显负相关构效关系，死后0~60 h脑组织极限载荷“窗口期”最佳，可作为推断PMI的新方法。

摘要:目的 研制新型双叶型肱骨近端锁定钢板以解决复杂肱骨近端骨折大、小结节的固定问题, 并通过生物力学实验评估其固定肱骨大、小结节的稳定性。方法 取12具新鲜冰冻带肩袖肌的肱骨标本，编号后随机分成A、B两组，建立相同的肱骨大、小结节骨折模型。其中，A组用新型双叶型肱骨近端锁定钢板固定；B组用肱骨近端锁定钢板系统（proximal humeral internal locking system，PHILOS）、缝线缝合固定，小结节同时加用1枚3.5 mm空心螺钉固定。分别对两组标本进行肩胛下肌、冈下肌及小圆肌、冈上肌牵拉实验及大、小结节抗拉实验测试。结果 肩胛下肌牵拉实验：A组在180 N拉力以及疲劳实验后位移均明显小于B组（P<0.05）。冈下肌及小圆肌牵拉实验：两组在150 N拉力以及疲劳实验后位移比较差异均无统计学意义（P>0.05）。冈上肌牵拉实验：两组在90 N拉力以及疲劳实验后位移比较差异均无统计学意义（P>0.05）。小结节抗拉实验：A组失效载荷明显大于B组，且A组失效位移明显小于B组（P<0.05）。大结节抗拉实验：两组在失效载荷、失效位移比较差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论 该新型双叶型肱骨近端锁定钢板对肱骨小结节的固定效果较缝线+空心钉螺钉固定更坚强，具有能同时固定大、小结节的优势。研究结果为临床治疗复杂肱骨近端骨折提供新的选择。

摘要:目的 比较经单侧腰椎间孔椎体间融合（transforaminal lumbar interbody fusion，TLIF）中不同轴向植入角度椎弓根螺钉和不同放置位置融合器的生物力学特性。方法 建立正常L3~5有限元模型，在验证其有效性基础上，在L4~5节段模拟后路双侧TLIF和4种不同组合类型椎弓根螺钉植入和融合器放置的单侧TLIF有限元重构模型，即：小角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器（模型A）、小角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器（模型 B）、大角度植入椎弓根螺钉+同侧放置融合器（模型C）、大角度植入椎弓根螺钉+对侧放置融合器（模型D），分别比较4种重构模型在各种生理应力下的活动范围（range of the motion, ROM）以及螺钉、融合器与L4下终板界面的最大Von Mises应力差异。结果 4种单侧TLIF重构模型在融合节段（L4~5）ROM均较正常模型显著下降，但仍高于双侧TLIF重构模型。4种单侧TLIF重构模型稳定性比较，模型 C下降最多，其在屈伸、侧屈和扭转应力下ROM分别减少约为正常模型的50.7%、89.9%和90.3%。螺钉和融合器与L4下终板界面最大Von Mises应力比较，相对于其他3组模型，模型C除了在同侧侧屈和扭转外的大部分应力下承受较小的应力。结论 在单侧TLIF重构模型中选择大角度植入椎弓根螺钉和同侧放置融合器能够获得最佳的生物力学稳定性，通过缩小与双侧TLIF模型稳定性差异以减少断钉或融合器下沉的风险，值得临床推广运用。

摘要:目的 通过体外羊标本模拟颈椎棘突骨折累及后方韧带复合体（posterior ligamentous complex,PLC）损伤对颈椎生物力学稳定性的影响，探讨颈椎后方结构在维持颈椎稳定性中的作用。方法 将新鲜羊颈椎C3~6标本24具随机平均分为3组：正常对照组（A组）；单纯颈椎棘突骨折组（B组）；颈椎棘突骨折合并PLC损伤组（C组）。在1.5 N·m力矩加载下，分别测量各组在前屈、后伸、左右侧弯和左右旋转6种工况下颈椎活动度（range of motion，ROM），使用单因素方差分析比较3组之间的ROM差异。结果 单纯颈椎棘突骨折对羊颈椎稳定性影响不大，各工况下ROM同正常对照组比较差异无统计学意义（P＞0.05）；颈椎棘突骨折合并PLC损伤组在前屈、后伸及左右旋转工况下ROM显著增加，同正常对照组相比，差异具有统计学意义（P＜0.05），颈椎棘突骨折合并PLC损伤组在左右侧弯工况下同正常对照组比较ROM变化不显著，差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 单纯颈椎棘突骨折本身并不影响颈椎整体稳定性，但颈椎棘突骨折伴有PLC损伤时可造成颈椎不稳，需要手术干预。

摘要:目的 比较两种疲劳方案对人体落地动作下肢关节运动学及冲击力时/频域特征的影响。方法 选取15名优秀跑、跳类专项男性运动员，利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台比较两种疲劳方案（恒速跑、折返跑＋垂直纵跳）前后落地时矢、额状面运动学和地面反作用力（ground reaction force, GRF）时/频域特征。结果 （1）两种疲劳方案均会造成髋、膝关节在矢状面上的角度减小、屈曲活动度增加，且采用跑＋跳方案时踝关节屈曲活动度、膝关节最大屈曲角速度增加（P<0.05），髋关节外展活动度以及髋、膝关节最大外展角速度增加（P<0.05）；（2）两种疲劳方案前后，冲击力时域特征均无显著差异；采用跑和跑＋跳方案，分别在3.51、8.20 Hz及1.17、3.51、7.03 Hz下表现出GRF频谱振幅减小（P<0.05）。结论 两种疲劳方案均会导致下肢在受到落地冲击时更多采用屈曲着地方式，但跑＋跳方案表现更明显且干预时间更短，从实验方法学角度更具优势。研究结果可为研究疲劳后的力特征提供进一步参考。

摘要:目的 通过有限元方法研究鞋垫参数变化对足跟痛患足生物力学机制的影响。方法 基于CT图像数据建立足跟痛患者足部、小腿骨骼、腓肠肌及膝关节三维有限元模型，通过改变鞋垫形状、厚度及硬度仿真计算足底压力分布及应力峰值。结果 有限元模型足底压力分布与压力测量板的足底压力分布部位大体一致，数值非常接近。与裸足站立相比，穿着平板式、半接触式和全接触式鞋垫时足跟区压力峰值分别下降20.5%、59.2%和38.4%，跖骨头区压力峰值分别下降9.9%、18.1%和46.7%。足跟痛患者足底表面足跟区和跖骨头区域压力峰值均随鞋垫常规厚度的增加而减小，并随硬度的减小而减小。结论 鞋垫参数的改变对足底压力产生显著的变化。有限元分析有助于足跟痛病因病理的了解，为临床治疗提供理论基础。

摘要:目的 研究一种高质量、高效率的骨骼分网方式。方法 结合骨结构的特点，将流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）的分网方法引入到骨生物力学的网格划分中，用六面体单元模拟皮质骨，四面体单元模拟松质骨。结果 采用CFD网格划分技术能够划分出高质量的六面体单元，并且较好地模拟骨骼的结构特征，可以实现计算机自动分网，分网花费时间约为传统分网方法的1/5，有限元模型计算结果基本符合尸体实验测量值。结论 CFD网格划分技术可应用于骨生物力学领域中，为复杂人体骨骼的重构探索了一条有效途径。

摘要:目的 基于超声共振谱（resonant ultrasound spectroscopy, RUS）方法研究人牙釉质材料的力学特性。方法 制作长方体状牙釉质样本。估计样本的理论共振频率，与RUS实验测量得到的样本实际共振频率相比较。基于迭代方法调整牙釉质弹性常数，使得理论共振频率和实验共振频率满足均方误差最小准则，并计算弹性模量、剪切模量与泊松比。结果 牙釉质样本的弹性模量、剪切模量和泊松比范围分别为61.52~80.46 GPa、21.51~51.86 GPa和0.18~0.43。如果排除差异较大样本的影响，牙釉质的平均弹性模量、剪切模量和泊松比分别为72.84 GPa、31.94 GPa和0.27。 结论 RUS方法在测量牙釉质力学特性方面具有可行性与重复性无损测量优势，一次测量就可以实现牙釉质所有弹性常数和力学参数的估计，研究结果为牙科修复材料的研发提供参考。

摘要:目的 根据牙周病患者的牙齿CT数据和石膏模型，基于4种软件进行建模分析，获得病人牙齿受力和应力分布状况，为牙周病患者的临床治疗提供参考。方法 利用Mimics软件对CT图像进行初步处理，建立三维点云模型；把初步建立的模型利用逆向工程软件Geomagic对模型进行参数化建模和修整，建立三维曲面模型；将曲面模型导入三维绘图软件SolidWorks中，通过实体转换输出三维实体模型；最后利用有限元分析软件ANSYS对牙齿的三维实体模型进行分析。结果获得了上牙的应力分布，确定了应力集中点的位置。并对应力集中点的牙齿进行单独分析，其最大应力为1 774.8 MPa，再根据应力分布对咬合关系进行调整，调整后的牙齿最大应力减小为1 529 MPa。结论 所介绍的牙齿建模分析方法，可以模拟各种咬合关系的修正，并计算修正后的牙齿应力分布，为牙周病的临床治疗提供理论依据。

摘要:目的 通过研究RalA和Cav-1对癌细胞线粒体功能以及活性氧自由基（reactive oxygen species, ROS）和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)生成的影响，探讨RalA在癌细胞能量代谢中所起的调节作用，且此作用可能通过影响Cav-1及小窝的运动性得以实现。方法 首先使用siRNA抑制MDA-MB-231乳腺癌细胞株的RalA和Cav-1表达水平，然后采用蛋白免疫印迹、共聚焦显微镜、荧光定量技术比较抑制前后细胞线粒体膜电位的变化以及ROS、ATP和糖酵解产物乳酸盐生成的改变。结果 （1） RalA和Cav-1表达量降低直接引起线粒体膜电位的大幅下降。（2） RalA和Cav-1的表达抑制导致ATP生成降低而H2O2的水平升高，结合线粒体膜电位降低的结果，观察到线粒体功能的紊乱。（3） 伴随线粒体功能的明显抑制，RalA和Cav-1表达量降低的细胞中检测到了大量的糖酵解产物乳酸盐。结论 RalA和Cav-1通过抑制线粒体功能，提高糖酵解水平，共同调节细胞的能量代谢转换。RalA的调节作用通过Cav-1得以实现，并且这种调节作用可能与小窝的内吞及运动性有关。研究结果丰富了癌症能量代谢的研究，为靶向癌症能量代谢紊乱的治疗方法提供了新的切入点。

摘要:目的 考察频率对拉伸应变诱导成骨细胞凋亡的影响。方法 采用Flexcell力学加载系统对小鼠前成骨细胞MC3T3-E1施加1%双轴拉伸应变刺激，频率分别为1、2、3、4、5 Hz，每天加载1 h，间歇性拉伸8 d;通过测定乳酸脱氢酶(LDH)活性检测细胞死亡率；采用Annexin V-FITC/ PI流式细胞术观察细胞凋亡情况；实时PCR检测细胞凋亡标志基因caspase-3、-9以及Bcl-2、Bax基因水平；Western blotting检测caspase-3、-9蛋白表达。结果 不同加载频率对成骨细胞LDH活性无影响；不同频率下流式细胞术总体凋亡率无显著性差异，但是2 Hz频率可诱导成骨细胞早期凋亡。2 Hz拉伸应变可明显上调caspase-3、-9基因和蛋白表达，上调Bax/Bcl2蛋白比值。结论 1%双轴拉伸应变刺激下1~5 Hz频率不能引起成骨细胞凋亡和死亡，但2 Hz频率可诱导成骨细胞早期凋亡，且通过上调Bax/Bcl-2表达实现的。

摘要:目的 研究不同鼠标操作时鼠标和腕部与桌面之间接触压力分布特征，探讨操作鼠标时桌面对鼠标和腕部的影响，获得导致手及腕部肌肉骨骼不适的生物力学依据。方法 使用激光扫描仪和TekScan压力测量系统，测量不同鼠标操作时鼠标和腕部的接触面积和接触压力。结果 测量得到了鼠标和腕部与桌面的接触压力、接触面积和接触力随时间的变化关系以及接触压力峰值。在单击左、右键和滚动中键时鼠标的接触压力峰值分别为62.87、33.83、74.66 kPa，而腕部为击键过程的最小值，分别为23.25、11.02、16.26 kPa。结论 在操作鼠标过程中，由于大、小鱼际以及腕部的尺侧和桡侧区域一直受到持续的压力作用，重复持续的鼠标操作会导致腕管综合症等肌肉骨骼不适症的发生。

摘要:机械力刺激能够诱发机体中包括牙周组织在内的多种组织发生无菌性炎症反应，并能促进免疫细胞以及一些非免疫细胞如牙周膜细胞发生焦亡（pyroptosis）。现有研究表明，Gasdermin-D（GSDMD）在炎症反应、细胞焦亡发生中具有重要作用，但GSDMD是否参与机械力刺激引发的炎症反应和细胞焦亡尚未可知。综述机械力刺激诱导机体组织炎症反应以及焦亡的信号通路研究进展。

摘要:介入治疗用支架是治疗管腔梗阻的新兴医疗器械，植入管腔狭窄部位后起支撑管腔和提高管腔畅通性的作用。理想的支架必须具备可靠的力学性能，而目前对支架力学性能的研究方法有理论分析、数值模拟和实验测试3种。对测定支架力学性能的各种分析方法及局限性进行详细地阐述和总结，并对支架后期的研究进行展望。