摘要:

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摘要:目的 研究果蝇卵室发育过程中卵上皮细胞的形态与排列行为。方法 建立模拟果蝇卵室发育过程的有限元模型，并开发描述材料生长的ABAQUS UMAT用户子程序。基于有限元方法模拟果蝇卵室第8阶段（S8）到第10阶段初始阶段（S10）的发育过程，通过分析上皮细胞层在卵剖面上主应力的方向和面内最大剪应力的分布，预测上皮细胞的极化和排列行为。结果 上皮细胞的排列方向与最大主应力的方向一致，而细胞的长细比与其最大剪应力成正比。结论 果蝇卵上皮细胞的极化和排列行为由组织内的应力控制。

摘要:目的 研究正常C2～7颈椎有限元模型的振动特性和颈椎小关节不同程度受损及切除的振动特性变化。方法 基于颈椎CT扫描影像，建立正常C2～7颈椎有限元模型并验证有效性，提取前10阶固有频率和振型。颈椎小关节分别为无约束、有约束且摩擦系数分别为0-01、0-1和0-2，模拟颈椎小关节切除以及小关节轻度、中度、重度受损，研究颈椎受损程度不同对固有频率的影响。结果 正常C2～7颈椎模型最低固有频率出现在后伸、侧弯振型，约为12 Hz，大位移主要出现在寰椎齿凸。小关节有约束模型的固有频率高于无约束模型，小关节摩擦系数不同对颈椎固有频率无影响。结论 研究颈椎的固有频率、振型和振幅等参数，是进一步研究颈椎动态特性的基础，对颈椎护理和治疗有重要意义。在生活和颈椎治疗中，应尽量避开12 Hz环境，防止共振对颈椎造成大的损伤。

摘要:目的 依据脊柱侧弯矫形受力原理，推导出脊柱侧弯矫形角与矫形力的函数关系式，能够快速计算得到脊柱矫形效果最佳的矫形力位置和大小，为脊柱侧弯矫形力的施加提供理论计算方法。方法 以脊柱侧弯CT断层扫面数据为基础，采集侧弯脊柱中轴线坐标点，借助MATLAB软件拟合出脊柱侧弯样条曲线，得到脊柱侧弯本构多项式，通过编程求出脊柱侧弯Cobb角的大小。根据脊柱生物力学实验数据及临床骨科医学资料，以弯曲梁模型等效脊柱侧弯主侧弯进行矫形受力分析计算研究。结果 推导出了在不同矫形力作用下，脊柱侧弯任意位置矫形力与矫形角度之间的函数关系式。利用函数关系式计算出脊柱的综合弹性模量为0.29 MPa。结论 通过计算分析为脊柱侧弯矫形过程中矫形力的加载位置、大小与矫形恢复角之间的关系提供可靠的力学理论依据。并可以根据不同的脊柱侧弯类型患者，对矫形角与矫形力函数关系式进行优化，得到优化的矫形力及加载位置。

摘要:目的 基于人体脊柱侧凸CT图像建立胸椎至骶椎T1～S三维有限元模型，并研究模型的动力学特性。方法 采用轴向压缩和剪切加载方式验证所建立的侧凸脊柱模型，验证结果与前人实验数据非常吻合。利用有限元软件ABAQUS对侧凸脊柱进行模态和稳态分析，并提取稳态分析在5、10 Hz振动频率下模型的动态响应。结果 模态分析提取前4阶模态，前2阶模态的固有频率分别为1.097、1.384 Hz，振型分别为屈伸和侧弯。第3、4阶模态固有频率分别为5.688、28.090 Hz，振型分别为垂直振动和绕竖直轴扭转。稳态分析中在模态固有频率附近出现振幅峰值，而且脊柱侧凸段椎体的平均振幅要明显大于其他节段椎体的平均振幅。在5、10 Hz振动频率下，应力主要集中在脊柱侧凸节段的凹侧和凸侧以及侧凸节段的椎间盘上，且分布不均匀。结论 脊柱侧凸患者的侧凸节段是脊柱的薄弱环节，在振动环境中更容易受到损伤，应尽量避免处于振动的环境中，特别是对自身较为敏感的频率范围。研究结果为侧凸患者的康复治疗、防护、临床病理研究提供方法性辅助和力学分析依据。

摘要:目的 研究日常生活中振动环境对后路椎间融合术患者的影响。方法 建立正常全腰椎和固定L4～5节段全腰椎有限元模型，在L1上终板添加40 kg质量点，并进行模态分析。结果 与正常全腰椎相比，后路椎间融合术后全腰椎的各阶共振频率均降低，对应振型的主运动也发生改变；术后模型第1、2阶固有频率分别为2.94、3.81 Hz，均接近日常生活中的振动频段；在前3阶振型中，术后模型L2和L3节段后部单元振幅均增大，增大了该部位术后退变的风险，L3～4节段椎间盘振幅明显增大，特别是该椎间盘靠近L3节段的部分，可能会增大其应力和应变，进而加速其退变。结论 基于后路椎间融合术后腰椎的模态分析，研究融合术后腰椎振动特性的变化，为术后患者恢复和健康生活提供一定理论指导。

摘要:目的 利用有限元方法模拟覆膜支架植入治疗主动脉夹层的过程，通过观察覆膜支架在血管不同位置处释放对血管壁上的应力分布情况，分析覆膜支架植入后血管出现新发破口的生物力学机制。方法 根据主动脉的计算机断层血管造影影像数据，进行图像分割和三维重建，建立具有病人特异性的主动脉夹层的三维几何模型；根据文献数据，给定主动脉夹层壁厚和材料属性；利用CAD软件设计出不同几何参数的覆膜支架环；利用有限元分析软件模拟覆膜支架的释放过程。结果 当覆膜支架处于稳定状态时，血管最大Von Mises应力与覆膜支架的释放位置有关；血管壁上的最大Von Mises应力点分布在裸支架及第1节细小镍钛合金环接触处，该作用力的长期存在可能是这个部位出现新发破口的原因。结论 覆膜支架的释放位置对主动脉上的最大Von Mises应力分布影响较弱，但对主动脉上的Von Mises应力影响较为明显。研究结果对临床上覆膜支架释放位置的选择具有指导意义。

摘要:目的 研究水凝胶涂层的厚度以及电极楔形角对植入损伤的影响。方法 基于植入损伤评估系统，进行模拟神经电极植入过程的实验，评估电极植入造成的组织损伤。用浸涂次数 （分别为0、1、2、3）控制水凝胶涂层的厚度，选用30°、40°、50°、60°为电极楔形角的变量。以最大组织应变和最大植入力为组织损伤的衡量标准。结果 水凝胶涂层越厚，电极植入损伤越大。楔形角越小，植入损伤也越小。同时，减小针尖的楔形角可以减小涂层对组织损伤的影响程度。3次浸涂时，楔形角为30°时，最大组织应变与最大植入力分别增加3.4%和3.8%，而楔形角为60°时，两者分别增加11-3%和18-1%。结论 神经电极的水凝胶涂层将增大植入电极对生物组织的损伤，然而减小电极尖端楔形角的方法可以降低水凝胶涂层厚度对植入损伤的影响程度。

摘要:目的 研究根尖切除手术后牙体及牙周应力分布的变化以及牙齿的位移，为临床医师实施根尖手术提供数据支持，提高根尖手术治愈率。方法 基于Micro CT图像数据建立正常上颌中切牙及其牙周组织的三维有限元模型。在此基础上仿真根尖周炎和根切治疗手术,并建立根尖周炎及不同根切长度（3、4、5、6、7、8 mm）上颌中切牙及其支持组织的三维有限元模型，施加咬合力，通过三维有限元仿真分析，研究术后愈合牙齿的生物力学行为特性，对比分析手术修复的生物力学效果，得到最佳的根尖切除长度。结果 根尖切除手术术后，愈合模型降低患牙的应力水平（26.8%）及牙齿动度（7.3%）；随着根切长度的增加，根切达8 mm时，牙齿颈部和牙周膜的应力分别增加11.14%和29.27%，牙槽骨的应力增加83-11%，切面形成的新的根尖处应力相较于正常牙齿相同部位整体上升；牙齿沿长轴的位移也逐渐增大，当根切超过5 mm时，位移水平明显增大（18.39%）。结论 根尖切除手术对于难治性根尖周炎患牙的生物力学特性有明显改善，建议临床手术中根尖切除长度范围为3～5 mm，冠根比不低于0.84。

摘要:目的 对比研究喙锁韧带解剖重建与垂直重建的生物力学特性。方法 30具新鲜成年肩关节尸体标本，将肩关节其他附着的软组织切除，仅剩余肩胛骨-喙锁韧带-锁骨的结构，随机平均分为3组，每组10例，组1保留喙锁韧带，组2按经典Steven术式垂直重建锥韧带，组3按原韧带足印区中心点解剖重建锥韧带。分别将3组标本行垂直方向抗拉伸力学生物力学实验，记录造成喙锁韧带断裂或重建失效的拉力。结果 组1未出现锁骨及喙突骨折，造成喙锁韧带断裂的拉力为（650-41±35-88） N；组2出现2例锁骨骨折、2例钢板从锁骨骨道脱出，5例钢板从喙突骨道脱出和1例喙突骨折，造成喙锁重建失效的拉力为（725-68±35-37） N；组3出现3例锁骨骨折，1例钢板从锁骨骨道脱出，5例钢板从喙突骨道脱出和1例喙突骨折，造成喙锁重建失效的拉力为（765-15±13-68） N。结论 喙锁韧带重建时锥韧带垂直重建与解剖重建的垂直方向抗拉力均优于原喙锁韧带，解剖重建的抗拉效果优于垂直重建。

摘要:目的 研究高价盐下微观吸引作用对DNA膜弹性性质的影响。方法 采用Kornyshev静电拉链模型描述高价盐下DNA链间的相互作用势能；采用思想实验法和宏观连续介质弹性杆模型，预测单向应力状态下DNA膜的应力-应变关系、预应力和弹性模量。结果 在给定封装条件下，DNA膜具有拉伸预应力和负的弹性模量，预应力为-1.52～1.17 MPa，弹性模量为-4.2～64 MPa。结论 与单价盐下的情形不同，随着封装密度和盐浓度的变化，高价盐作用下微观吸引作用使得DNA膜弹性性能展现出非单调的变化，而且拉压弹性性能明显不同，拉伸预应力和压缩预应力以及正负弹性模量会出现转换。研究结果有助于进一步理解病毒复制的机制，并为基因检测和基因治疗提供参考。

摘要:目的 对一种体外血管内皮细胞动态培养装置中弹性基底的应力情况进行研究，使装置更接近人体血流动力学环境，实验并观察不同张应力情况下平行平板流动腔中弹性基底切应力的变化。方法 采用一系列静态拉伸试验拟合动态拉伸的情况，即将两种不同厚度硅胶片置于装置中，从0%开始，分别以每次间隔10%拉伸率做静态拉伸（0%、10%、20%、30%），并在保持其拉伸率不变的情况下，计算硅胶片拉伸后的腔体高度。通过计算切应力得到不同拉伸率下的切应力曲线，分析比较切应力随硅胶片厚度变化的规律。结果 实验结果与理论分析基本一致。当拉伸率为30%时，0.5 mm厚度硅胶片随拉伸率的变化（腔体高度的变化），对平行平板流动腔中切应力会产生一定影响，平均和最大切应力分别减小10.1%和10.4%。结论 计算平行平板流动腔中切应力必须考虑引入张应力后弹性基底厚度变化所引起的影响因素。研究结果可为体外血管内皮细胞的培养以及设计研制新型平行平板流动腔提供实验技术。

摘要:目的 评定负重行军对下肢步态产生的影响。方法 采用随机交互设计，15名健康男性受试者进行4次步行，作训着装0、7.5、27、50 kg，分别采用Vicon运动捕捉系统和AMTI测力台检测髋部、膝部和踝部运动学参数的变化。结果 随着负重增加，周期性步频相对增加，步幅减小，基本上维持在恒定速度；左右髋关节屈角峰值、外旋角度峰值以及左右膝关节内收峰值受到影响较为明显，但关节运动幅度能够维持。左踝关节内翻角度峰值以及右踝关节外翻角度峰值同样受到影响；下肢左右膝、踝关节的力和力矩增加。结论 在既定负荷范围内，负重增加，整体上下肢关节变化较为稳定，但下肢负荷增加，可潜在增加下肢损伤的风险。

摘要:体外模拟循环系统（mock circulatory systems，MCS）是一个模拟人体循环系统血流动力学状态的试验平台，被广泛用于心室辅助装置和人工瓣膜等心血管人工器官的体外性能评价和生机电系统中的血流动力学响应研究。通过调整模拟心脏的驱动元件和模拟血管系统的集中参数元件，MCS可以模拟人体健康、运动、心力衰竭等不同生理状态的血流动力学特性。自1960年代至今,MCS研发目标从满足最基本的心室辅助装置或机械瓣膜的系统性能评价要求，已发展到能够复现局部重要器官的血流动力学状态。总结MCS目前的设计原则、系统搭建以及研究进展和未来展望。

摘要:太极拳由武术拳种发展为一种运动疗法，受到广泛的关注。国内外学者对太极拳的康复作用及原理进行研究，其中对平衡能力的促进作用是目前的主要热点。根据研究目的和评价指标，从太极拳的保健康复作用和生物力学特性两方面进行文献综述，对比研究方法和结论的差异，探讨太极拳练习康复功效的生物力学机制。部分临床对照研究结果不一致，其原因可能是太极拳练习的动作标准及练习时长没有统一的规范。加强太极拳的生物力学研究，针对不同健康状态的人群制定太极拳练习标准，是未来太极拳研究的一个主要方向。

摘要:细胞在体内受到流体剪应力、机械应变、流体静压力等机械应力的作用，其中流体剪应力（fluid shear stress, FSS）被认为是维持骨稳态及骨改建过程中最重要的应力。目前研究多集中在FSS对骨细胞及成骨细胞的作用上，骨髓基质干细胞（bone mesenchymal stem cells, BMSCs）的研究相对较少。BMSCs对骨改建及治疗具有重要的意义，BMSCs对FSS的应答越来越受到关注。BMSCs对FSS的反应涉及细胞骨架、基质刚度及弹性、成骨信号等方面。总结FSS在BMSCs内的力转导机制、对其分化及功能的改变等方面的研究进展，为今后构建组织工程化骨、骨病变的治疗等研究提供思路。