摘要:

摘要:

摘要:目的 建立有效的头颈部及防弹头盔有限元模型，研究枪弹冲击不同质量防弹头盔时颈部的生物力学响应。方法 通过在头盔本体（1.24 kg）增加附件均布质量2 kg，并加载手枪弹以450 m/s速度从正面、侧面、顶部冲击防弹头盔，获得人体颈椎的力学响应。结果 受到冲击时，颈椎应力远大于颅骨应力。枪弹冲击防弹头盔时，相比头部，颈椎为易受伤部位，其中椎骨C3所受应力最大。不考虑增加附件质量时，子弹从正面、侧面、顶部方向冲击头盔时，侧面冲击对颈椎伤害最大，相比其他方向冲击最大应力约增加2.58%；同时正面冲击对头部损伤最大，应力约增加59.4%。考虑附件质量时，头盔质量越大对颈椎的损伤越严重。头盔质量从1.24 kg增加到3.24 kg，顶部冲击对颈椎的损伤最大，其应力相比其他方向冲击增加12.98%。结论 在设计防弹头盔时应考虑其轻量化，研究结果为防弹头盔设计提供科学参考。

摘要:目的 根据生物型股骨柄设计原理，通过比较全髋置换术（total hip arthroplasty，THA）术前不同CT平面测量所得股骨前倾角与术后股骨柄前倾角，找到术前测量预估发育性髋关节不良（developmental dysplasia of the hip，DDH)患者THA后股骨柄前倾角方法。方法 选取2007年9月～2013年5月在上海交通大学医学院附属第九人民医院行初次THA符合 DDH诊断的患者21位（28髋），术前及术后均行CT扫描，术前选取头下平面、小粗隆平面和小粗隆平面上1 cm及2 cm 4个平面的前后皮质角平分线与股骨远端内外侧髁最大时后缘连线的夹角，以及大、小粗隆顶点中间平面后侧皮质切线与小粗隆中心上2 cm平面前侧皮质切线的角平分线与股骨远端内外侧髁最大时内外侧髁后方连线夹角（分别记为股骨前倾角1～5）。术后选取股骨柄假体最长水平层面，测量假体前后对称轴线与股骨远端内外侧髁最大时后缘连线的夹角作为术后股骨柄前倾角。同时测量髋臼杯假体前倾角、股骨假体矢状位矢状倾斜角度。比较术前各个股骨前倾角与术后股骨柄假体前倾角并进行相关性分析。结果 股骨前倾角1～5分别为17.70°±10.54°、35.59°±7.21°、31.09°±7.98°、24.71°±9.11°、21.94°±10.10°。股骨柄假体前倾角为20.52°±10.90°。术后假体柄前倾角与股骨前倾角1～4之间差值分别为2.82°±6.27°、-15.08°±7.99°、-13.80°±15.68、-4.19°±5.69°、-1.42°±4.07°，髋臼假体前倾角为25.60°±11.65°，术后复合前倾角为46.11°±13.28°，假体矢状倾斜角为1.13°±1.53°。术前股骨前倾角1～4与术后假体前倾角均有统计学差异（P＜0.05），股骨前倾角5与术后假体前倾角无统计学差异；术前各前倾角与术后假体前倾角相关系数分别为0.829、0.681、0.689、0.853、0.928。结论 股骨前倾角5与术后股骨柄前倾角具有高相关性，可作为替代股骨柄前倾角的有效方法 。

摘要:目的 实现肝脏组织颗粒离散元模型接触参数的标定。方法 基于MATLAB图像处理技术，测量肝脏组织颗粒的堆积角；采用“Hertz-Mindlin with JKR”接触模型对肝脏组织颗粒进行堆积角的仿真试验，以滚动摩擦系数和JKR表面能作为因素设计正交试验；采用批处理方法标定接触模型的参数，将结果中最优参数组合进行二次仿真标定验证。结果 物理试验所得到的堆积角为11.2°±0.86°，正交试验中第6组参数组合得到的堆积角为11.8°，相对误差为5.1%，即物理试验与仿真试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性；影响堆积角的因素顺序依次为：组织颗粒与不锈钢板之间JKR表面能>组织颗粒与不锈钢板之间滚动摩擦系数>组织颗粒与组织颗粒之间JKR表面能=组织颗粒与组织颗粒之间滚动摩擦系数。结论 可利用该优化参数对生物组织开展进一步的组织颗粒与粉碎器间的离散元仿真，从而揭示组织颗粒在肌瘤粉碎器作用下的流动堆积状态。

摘要:目的 为弥补现有光电容积脉搏波特征点识别算法存在的需要人为设定阈值筛选门限和对复杂波形适应能力较差的缺陷，提出一种基于脉搏波上升支单调增加几何特性的特征点自动识别算法。方法 通过两次Hilbert变换后过零点检测在每个脉搏周期内确定一个“基准点”，在“基准点”前后搜索距离其最近的凹拐点即为波谷点、凸拐点即为主波峰点。结果 利用MIT-BIH标准数据库中18组数据进行检测验证，平均值达到99.94%灵敏度、99.72%查准率和99.68%检测准确率。对比已有的4种算法，在查准率上有明显的提升，应对复杂的波形依然能准确识别特征点。结论 提出的算法在搜索确定脉搏波波谷点和主波峰值点位置过程中取得较高的检测准确率，同时展现出对波形变化更强的适应力。研究结果为临床上通过脉搏波特征提取进行生理病理分析提供良好基础。

摘要:目的 探究当单层全瓷冠修复体与胶层之间存在由于口腔水环境下造成的脱粘以及粘结缺陷时对修复体内部应力分布的影响。方法 以二硅酸锂CAD/CAM单层冠为研究对象，进行三维有限元实体建模。利用有限元软件ABAQUS定义瓷冠内表面与胶层上表面的7个脱粘状态(状态 1～7)，以及2种界面缺陷的情形(情况 I、II)。对所建9个模型底部进行完全约束，并在咬合面分别用直径5 mm半球形解析刚体施加600 N竖向载荷以对其进行应力计算。结果 在竖向咬合力作用下，瓷冠内部和胶层上表面应力集中主要出现在脱胶边界处以及缺陷的周边。瓷冠内部的第1主应力没有超过其极限抗拉强度，但胶层中的最大拉应力超过粘结剂的极限抗拉强度，即胶层会发生内聚破坏。结论 瓷冠内壁的粘结完整在维持瓷冠内部整体应力处于较低水平方面有重要作用，粘结界面处缺陷的存在对瓷冠承载力的影响比单纯脱粘面积的增加对瓷冠承载力造成的影响更加显著。为保障全瓷冠修复体的承载能力，在口腔修复临床实践中更应该注意避免引入粘结缺陷。

摘要:目的 研究两种常见血管瘤内的血液流动及其对血管壁力学性能的影响，以期提高动脉瘤的诊治水平、改善患者的预后。方法 应用流固耦合方法 对两种常见动脉瘤载瘤血管与血液之间的相互作用进行基于有限元计算的研究。主要分析瘤内血液流速、瘤壁变形、载瘤血管的应力分布和破坏形式。结果 两种瘤内血液流速都很低而且流动平稳，使得瘤内可以形成较好的沉积和附着条件。瘤与血管下游的交界处是破坏的危险位置，梭形动脉瘤会在该处外壁发生剪切破坏，而囊形动脉瘤会在该处内壁发生拉伸破坏。在相同的血液流动作用下，囊形动脉瘤的载瘤血管会出现更大的应力，故更容易发生破坏，而且拉伸破坏会导致更严重的后果。结论 动脉瘤与血管结合处易发生破坏；囊形动脉瘤危险性高、危害大。

摘要:目的 研究沙疗对人体弯曲股动脉血流动力学的影响，从血流动力学角度进一步揭示沙疗的疗效机理。方法 以人体主动脉CT图像为依据，建立弯曲股动脉三维有限元模型，并以实验所测受试者心率、股动脉血流速度峰值和内径作为初始条件和边界条件进行有限元数值模拟，对比分析在流固耦合条件下沙疗前后弯曲血管血液流场血流速度、压力和壁面切应力。结果 与沙疗前相比，沙疗后血管弯曲段纵向速度有较大提高,增幅为22.76%；二次回流速度明显减弱,减少了18.26%；壁面切应力减少2.01%。结论 沙疗会使血液流动性效果显著，并提高股动脉血液的流动性，预防动脉内血小板的沉积；沙疗后二次回流速度流动现象明显减弱，避免血液中物质产生沉积，临床上对预防动脉粥样硬化、血栓等各种血管疾病有积极作用。

摘要:目的 利用RNA测序技术（RNA-seq）研究创伤愈合及压力治疗过程中巴马小型猪瘢痕动物模型转录组水平的变化。方法 通过背部取皮建立巴马小型猪瘢痕模型，取皮第60 d开始加压（3.4 kPa）治疗，在取皮第0、14、30、60和90 d分别提取瘢痕组织总RNA进行测序。将所得序列映射到猪参考基因组并进行转录组重建，寻找差异表达基因（DEGs），利用生物信息学方法 进一步对所得DEGs进行GO分析和KEGG通路富集性分析，同时挑选部分基因用qRT-PCR进行验证。结果 测序数据经过预处理，各组均有78%以上的读段能准确比对到参考序列。DEGs鉴定结果表明，压力治疗前后有568个基因差异表达，其中上调289个，下调279个。GO富集分析发现，各组DEGs主要与细胞外基质、组织发展和皮肤发展相关。KEGG富集分析表明，创伤愈合过程中各组DEGs主要富集于细胞外基质-受体相互作用、黏着斑和凋亡通路；压力治疗前后的DEGs除了富集于以上通路，还富集于MAPK和PI3K信号通路。qRT-PCR检测表明，6个DEGs的表达模式与RNA-Seq分析结果一致，证实RNA-seq结果的可靠性。结论 RNA-seq分析鉴定出创伤愈合及压力治疗过程中瘢痕动物模型的差异表达基因，为临床瘢痕的治疗研究提供实验依据。

摘要:目的 研究异常血流动力对人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells, HUVECs）分泌ET-1、NO以及ET-1、eNOS、VCAM-1、ICAM-1和MCP-1 mRNA和蛋白表达水平的影响，初步探讨异常血流动力致动脉粥样硬化（atherosclerosis, AS）的机制。方法 按照HUVECs所受作用力的不同分为应力组、壁面压力组和正常组。3组在各自作用力持续作用下培养24 h，收集细胞备用。采用酶法和放免法检测ET-1、NO分泌水平，采用qPCR检测ET-1、eNOS、VCAM-1、ICAM-1和MCP-1 mRNA表达水平，采用蛋白免疫印迹方法 检测VCAM-1、ICAM-1和MCP-1蛋白表达。结果 壁面压力组ET-1分泌和mRNA表达水平较正常组明显升高，应力组NO分泌和eNOS mRNA表达水平较正常组明显升高；应力组和壁面压力组VCAM-1、ICAM-1和MCP-1的mRNA和蛋白表达较正常组明显增高。结论 应力或壁面压力单独作用于HUVECs能够导致其分泌功能和基因、蛋白表达功能紊乱，异常血流动力导致AS的机制与HUVEC功能紊乱有关。

摘要:目的 研究并建立基于6自由度机械臂的脊柱运动控制系统，为模拟脊柱运动及内固定植入物相关生物力学测试提供稳定有效的测试方案。方法 首先研究L2～5节段脊柱系统刚度矩阵识别方法 ，并通过此刚度矩阵对进行系统解耦。其次，联合六轴机械臂控制系统及增步式PID控制算法，建立各个轴向运动的直接力控制系统。最后，通过此套六轴直接力控制系统对L2～5节段脊柱模型进行前屈后伸（flexion-extension，FE）、左右侧弯（lateral bending，LB）、左右扭转（axial rotation，AR）运动模拟，各个运动中均只在主运动轴方向上施加7.5 N·m纯力矩。结果 脊柱L2～5节段在FE、LB、AR运动中活动度（range of motion, ROM）分别为23.01°、27.92°、9.81°。主运动轴运动载荷均能达到7.5 N·m，其他非主运动轴均能保持在零载荷，控制误差均方根值（root mean square, RMS）小于3 N和0.1 N·m。结论 提出的含系统刚度矩阵解耦和增步式PID的直接力控算法，能够有效地对脊柱施加 FE、LB、AR运动上的纯力矩，控制精度较高。研究结果对各类腰颈椎生物力学测试具有较高的工程应用价值。

摘要:目的 研究针对慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）患者的无创动态呼吸力学参数估计方法。方法 通过将人体呼吸系统简化为一阶线性模型，基于最优化方法 设置约束条件，估计慢阻肺患者的呼吸系统阻力和顺应性。结果 利用所构建的模型以及设置的约束条件，在模拟实验中可以估计有自主呼吸慢阻肺患者的呼吸系统阻力以及顺应性，所得结果相对准确（误差在5%以内）。利用1个呼吸周期内的数据即可获得估计结果，估计所需时间仅相当于3个呼吸时长，可以满足动态监测的要求。结论 基于最优化方法实现对慢阻肺患者呼吸系统阻力和顺应性进行无创动态估计在模拟实验中已被证明可行，可进一步开展临床实验。通过临床实验后可以帮助医生实时监测慢阻肺患者呼吸系统阻力及顺应性的变化情况，为COPD诊断及治疗提供参考。

摘要:目的 分析不同部位动脉血管力学性能的差异，以及不同测试方法 对实验结果的影响。方法 根据动脉血管自身的形状特点设计独特的夹具，分别对猪胸主动脉和颈总动脉进行管状轴向/径向和片状轴向/环向方向的单轴拉伸测试，并对其力学非线性开展数据拟合分析。结果 动脉血管在管状状态下拉伸获得的力学性能要强于片状状态下的拉伸结果，数值结果的差异还会随着血管管径的变小而愈加显著。结论 实验结果提供了更加全面可靠的血管力学参数，为血管有限元模型和本构关系的构建提供有利数据支撑，指导组织工程血管移植物的设计制造，同时也有利于研究分析某些血管疾病潜在的病理生理，为疾病的临床治疗呈现更好的治疗效果。

摘要:目的 测量并分析国内先天性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）患者股骨近端形态参数与髓腔内径曲线，为DDH股骨柄设计提供参考依据。方法 进行股骨三维重建后，测量并比较分析30名正常人（30髋，男21名，女9名，平均年龄29.4岁）和64名DDH患者（74髋，男12名，女52名，平均年龄45.3岁）股骨近端形态参数和多个高度上髓腔内外径、前后径，建立不同人群的髓腔内径曲线并进行比较分析。结果 DDH患者与正常人群相比，前倾角（26.39°±14.74° vs 15.68°±7.95°）显著较大（P=0.001），颈干角（125.65°±5.73°vs 129.19°±5.80°）、峡部高度［（99.14±14.62） mm vs （110.13±11.73） mm］、髓腔开大指数［（3.63±0.77） vs (4.45±0.79）］、股骨头直径［（44.01±5.75）mm vs （47.26±3.94）mm］和偏心距［（31.80±3.82）mm vs （36.42±4.84）mm］则显著较小（P＜0.05）。结合测量所得的髓腔前后径、内外径与所拟合的内径曲线，DDH近端髓腔呈现的特点为内外径变狭窄、前后径向前偏移。在不同分型DDH中，股骨的变形程度随着分型增大愈发严重，Crowe Ⅳ型DDH患者与其他分型间的股骨髓腔形态存在较大差异。结论 DDH患者的平均股骨近端曲线与正常人群存在较大差异，且DDH的不同分型间也存在形态差异。研究结果有助于定量了解DDH患者的股骨近端形态特征，为设计适用于DDH患者的新型股骨柄提供参考依据。

摘要:目的 评价组间肌电反复性对不同肌肉组选择导出模块的影响。方法 记录12名参与实验者在自选速度下行走时16块肌肉的肌电图。用组内相关系数评价每个步行周期的肌肉兴奋度和肌肉模块。依据肌肉兴奋度的反复性，区分出3种类型的肌肉组。结果 可靠肌肉组显示出较高的组内相关系数 (>0.4)，而全身肌肉组和混合肌肉组显示出较低的组内相关系数 (＜0.4)。3种类型肌肉组比较，可靠肌肉组分析得出的模块具有最好的反复性，全身肌肉组和混合肌肉组的反复性较低。结论 具有较高可靠性的肌肉兴奋性能够得出较一致的模块。 得出一致模块的方法非常重要，尤其是在依靠肌肉兴奋性反馈而改变的运动模式中。

摘要:骨组织是人体主要的承重器官，其承载能力与自身生物力学特性密切相关。作为一种复杂的多层次生物材料，骨组织的生物力学特性由其自身结构和生物学特性等因素共同决定。在不同程度的力学载荷下，骨组织表现出不同的生物力学特性。因此，深入研究骨组织不同层次的生物力学特性，构建能够反映骨组织生物学特性的本构关系，量化骨组织对力学载荷的响应，实现从骨组织生物力学特性到力学生物学特性的研究，为临床治疗提供精确的理论依据，一直以来都是研究者关注的重点。基于骨组织多层次生物力学特性，对近年来骨组织本构方程的相关研究进行归纳总结。

摘要:微振动是指系统相对平衡位置幅度很小的周期性偏离，而高频率、低振幅的微振动（low-magnitude high-frequency vibration, LMHFV）对骨骼系统细胞的作用力与肌肉运动时对骨骼产生的力学刺激相似。骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）作为力学敏感细胞，存在于骨髓基质，具有多向分化潜能。在体外适当机械刺激下，BMSCs增殖、分化等生物学特性发生功能性变化，对力学刺激做出适应性应答。LMHFV可促进BMSCs向成骨细胞分化，探明其机制有助于将微振动应用于骨质疏松、骨折、成骨不全症、肥胖症等疾病的治疗以及正畸牙移动的加速等方面。综述微振动对BMSCs成骨向分化的影响以及可能的作用机制，为研究微振动刺激下BMSCs的力学生物学改变提供思路。

摘要:支架或植入体的弹性模量过高会产生应力遮挡效应，引发骨吸收以及后期支架或植入体松动等问题。多孔支架和植入体可以根据需要调整其孔隙率和弹性模量，从而减小应力遮挡，同时多孔结构有利于骨组织的长入，利于骨整合。分别介绍3D打印多孔支架和植入体3种基本结构（均匀多孔结构、类骨小梁结构和功能梯度结构）的设计方法，以及基于计算机辅助设计、隐式曲面、图像、拓扑优化的设计方法，为解决应力遮挡问题和设计3D打印多孔支架和植入体提供参考建议。