摘要:

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摘要:目的 探讨低温气体在肺支气管内部的传质机理，为制定低温通气冷却无心跳供体肺方案提供理论依据。方法 基于人体肺部CT图像三维重建得到真实支气管模型，并采用计算流体动力学方法 研究往复式通气过程中不同通气频率（0.5、0.25、0.125 Hz）条件下支气管内不同区域的流动分布特点。结果 往复式通气过程中真实支气管内流动呈现出复杂的三维流动特征，且吸气和呼气过程中支气管不同区域的流动结构各不相同；真实支气管不规则的几何结构会对其内部流动产生重要影响；通气频率从0.5 Hz逐渐减小到0.125 Hz过程中，支气管不同区域边界层厚度逐渐增大，同时高速主流也得到不同程度增强。结论 相比理想圆管模型，基于CT三维重建得到的支气管模型能够更加准确反映支气管内部流动结构。研究结果 对于无心跳供体肺低温通气冷却技术的优化具有重要指导意义。

摘要:目的 应用计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）技术对急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）患者不同程度呼吸窘迫状态时下呼吸道内气流运动特性进行模拟研究。方法 基于CT影像数据建立真实健康人体下呼吸道三维模型。采用标准k-ε湍流模型对下呼吸道内的气体流动进行数值模拟，分析下呼吸道内气流的速度、流量、压力以及壁面剪切应力等参数分布特点。结果 拟合下呼吸道空气流动阻力与呼吸强度的函数关系；得到下呼吸道内空气流速、压力、壁面剪切应力的分布特点以及空气流量在各肺及各叶支气管的分配情况。结论 通过CFD模拟分析可以获得更为详细的下呼吸道流场相关数据，为ARDS患者的临床治疗提供理论依据。

摘要:目的 降低左心室磁悬浮辅助泵的血栓形成概率和溶血风险，提升辅助泵供血效率。方法 利用计算流体动力学方法 ，研究泵体出口直径、出口角度、出口与泵内壁面连接处圆角尺寸和转子与壳体间间隙对流场的影响，优化泵体内部结构，改善流体动力学性能。结果 新一代左心室磁悬浮辅助泵与上一代辅助泵相比，泵内壁面最大壁面剪切应力（wall shear stress, WSS）降低约23.6%，辅助泵内转子壁面最大WSS降低约47.4%，WSS>200 Pa区域面积降低约76.2%，出口流量提升约14.4%。结论 新一代左心室磁悬浮辅助泵内部血流流迹趋于平缓，血流流体动力学性能有综合提升。研究结果为今后左心室磁悬浮辅助泵的优化设计及相关实验研究提供参考依据。

摘要:目的 研究冠脉介入手术中血流参数在球囊去充盈瞬间发生的动态变化，探讨球囊去充盈对术后无复流发生风险的潜在影响。方法 搭建体外实验装置，利用高速摄像机拍摄球囊变形过程和由染色剂标记的流场（流体介质为水），使用图像分析技术提取球囊变形参数，并估测球囊下游的流体流动速度；构建计算机仿真模型，导入实测的球囊变形数据，在多种灌注压和流体介质条件下模拟球囊去充盈过程。结果 球囊在去充盈过程中呈现显著的非线性变形特征。球囊下游流速的数值计算结果 与实测数据吻合良好，两者均显示流速随去充盈后的时间增长和灌注压升高而增大。数值计算进一步揭示，球囊下游流速在接近冠脉血流速度生理值时，球囊-管壁间隙流速和壁面剪应力分别达到其生理值的8～10倍和60～70倍。结论 球囊去充盈引起球囊-管壁间隙流体急剧加速和壁面剪应力异常升高，从而增大斑块、血栓碎屑剥离的风险。鉴于壁面剪应力的升高程度随灌注压升高而增大，在冠脉介入手术中采取术前降压或选择舒张期去充盈等措施可能有助于降低无复流的发生风险。

摘要:目的 分析微创血管夹齿型不同尺寸参数对小动脉血管力学性能的影响。方法 对微创血管夹夹持小动脉血管过程进行有限元仿真分析，研究5种不同齿型间距、齿型高度及齿型长度等尺寸参数对夹持小动脉血管过程中力学性能的影响规律。结果 血管夹的齿型间距越大，所夹持的小动脉血管段最大等效应力越小；小动脉血管的最大等效应力与血管夹的齿型高度并不呈线性关系。当齿型高度为75 μm，小动脉血管的最大等效应力最低，对血管损伤最小；血管夹的齿型长度对夹紧的小动脉血管力学性能影响较大，血管的最大等效应力与血管夹的齿型长度成正比。结论 微创血管夹齿型的尺寸参数对夹持小动脉血管过程中的力学性能有重要影响，研究结果可为微创血管夹的设计开发提供指导。

摘要:目的 利用三维有限元方法 分析3种不同后路内固定治疗胸腰段爆裂骨折的生物力学特性。方法 建立T11～L3胸腰段三维有限元模型及L1椎体爆裂性骨折模型，在骨折模型上分别于后路加载跨伤椎短节段、经伤椎短节段、跨伤椎长节段内固定装置。比较正常胸腰段及3种骨折内固定模型在脊柱屈曲、后伸、左/右侧弯、左/右旋转6种运动状态下L1椎体及其临近椎间盘的生物力学特点。结果 正常脊柱模型、跨伤椎短节段、经伤椎短节段、跨伤椎长节段内固定模型伤椎椎体的等效应力分别为31.63、13.41、110.35、13.17 MPa。正常脊柱模型的最大等效应力为3.84 MPa，出现在L1～2椎间盘；3种内固定模型伤椎临近椎间盘的最大等效应力分别为0.41、0.36、0.40 MPa，均出现在T12～L1椎间盘。结论 经伤椎短节段内固定可导致伤椎椎体内应力增高。3种内固定方式下伤椎临近椎间盘应力均小于正常脊柱模型。

摘要:目的 通过观察腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation，LDH）患者肌肉加载下腰椎有限元模型的应力变化，探讨LDH患者肌肉功能对结构应力的影响。方法 选取正常志愿者、LDH患者各1名，采集CT数据建立相应的正常、LDH腰椎-骨盆三维有限元模型，同时采集其步态数据驱动AnyBody仿真肌骨模型，得到附着在腰椎骨盆周围肌肉的肌力及髋关节力作为加载条件，分别进行自身加载和正常模型加载LDH肌肉力，比较两种加载情况下L4、L5椎间盘及骶髂关节两侧应力变化。结果 正常模型加载LDH肌肉力后，自身加载时的双峰曲线消失，代之以异常的单峰曲线，与LDH模型自身加载后的时间-应力曲线变化趋势一致。LDH患者肌肉力加载于正常模型后，L4、L5椎间盘及骶髂关节两侧应力差值较LDH模型自身加载后的应力差值减小。结论 LDH患者腰椎骨盆肌肉功能异常会引起腰椎及骶髂关节应力异常，结构失衡本身可导致应力失衡，而肌肉作为动力因素是导致结构动态应力异常的重要原因，由此可导致关节运动模式的异常。临床治疗LDH要重视对周围肌肉功能失衡的评估。

摘要:目的 利用有限元方法分析骶髂关节周围各韧带对骶髂关节稳定性的影响。方法 建立正常腰椎-骨盆-股骨有限元模型，在该正常模型基础上分别去除双侧骶髂关节各韧带，建立无髂腰韧带模型、无骶髂前韧带模型、无骶髂后韧带模型、无骶结节韧带模型、无骶棘韧带模型和无骶髂骨间韧带模型。在各模型上分别模拟脊柱的生理运动，分析左右骶髂关节活动度（range of motion, ROM）和各关节面的平均应力，并与正常模型进行比较。结果 相比正常骶髂关节模型，无骶结节韧带模型、无骶棘韧带模型和无骶髂后韧带模型的左右两侧骶髂关节ROM均无明显差异，而无骨间韧带模型除在脊柱右旋转情况下左侧骶髂关节ROM和后伸情况下右侧骶髂关节ROM无明显差异外，在其他脊柱生理活动下左右两侧骶髂关节ROM均显著增大。无骶髂骨间韧带模型左右两侧骶髂关节在脊柱生理活动下关节面的平均应力均明显降低。结论 在所有骶髂关节周围韧带中，骶髂骨间韧带对骶髂关节的稳定性影响最大。研究结果有利于探讨骶髂关节错位的发生机制，为临床骶髂关节错位的治疗提供一定理论依据。

摘要:目的 对损伤的外侧半月板后根部进行不同位置的修复固定，比较不同缝合方式时膝胫股关节的生物力学结果 ，探讨外侧半月板后根部损伤最佳缝合术式。方法 使用8例人体尸体膝关节，胫腓骨固定装置维持膝关节在0°位，在1 kN压缩载荷下，采用Tek-scan压力感测片收集膝关节外侧半月板后根部完整、外侧半月板后根部断裂、将外侧半月板后根部分别缝合至中心点、中心点偏后5 mm、中心点偏前5 mm、中心点偏外5 mm位置下的平均接触压力、峰值压力以及接触面积。结果 在外侧间室，与完整状态相比半月板后根部损伤断裂后会导致平均接触压力和峰值压力明显增加（P<0.01），接触面积减少（P<0.05）。4种缝合固定方法 均可减少平均压力和峰值接触压力，接触面积较根部断裂时均有增加。在半月板后根部中心点偏外5 mm缝合时，生物力学结果 更接近完整膝关节（P<0.05）。比较缝合位点在根部中心点和中心点偏后5 mm时，平均接触压力影响差别微小，峰值接触压力、接触面积均无统计学差异（P>0.05）。在内侧间室，生物力学指标各组间均无统计学差异（P>0.05）。结论 外侧半月板后根部发生撕裂后会导致膝关节外侧间室的平均接触压力、峰值压力以及接触面积相比正常膝关节发生显著改变；半月板缝合位置在原根部中心点偏外5 mm时，其生物力学功能更接近完整膝关节。

摘要:目的 构建骨肌多体动力学足地接触模型，研究其适用速度范围。方法 采集5名测试者的步态运动数据，以骨肌多体动力学仿真软件AnyBody全身模型为基础，建立足地接触模型，分析慢走、正常行走、快走和慢跑不同步态速度下的地面反作用力（ground reaction force, GRF）和地面反作用力矩（ground reaction moment, GRM），并与测力板实验测量值进行对比，分析模型预测精度，获得足地接触模型的适用范围。结果 在慢走、正常走和快走（步速0.69～1.68 m/s）时，足地接触模型预测能力较高，GRF预测值与实验值相关性大于0.875，GRM预测值与实验值相关性大于0.9。结论 所开发的足地接触模型同时计算GRF和GRM，可以消除步态分析中对测力板的依赖，能够应用于老年人及病理性步态等低速步态的运动学分析。

摘要:目的 采用有限元方法 分析不同弹性模量、厚度、牙齿移动方式对隐形矫治器变形的影响，为正畸医生制定矫治方案提供理论依据。方法 建立4种厚度、3种弹性模量共12种隐形矫治器有限元模型。对12种模型施加倾斜移动的位移载荷，分析矫治器最大Von Mises应力和变形量；对最适模型分别施加倾斜、平行以及压低移动的位移载荷，分析矫治器变形情况。结果 最大Von Mises应力随弹性模量、隐形矫治器厚度的增加而增大，变形量随矫治器厚度增加而减小；倾斜和平行移动时，隐形矫治器均在拟移动牙齿对应部位有最大的变形，拟不动牙齿对应部位有的向唇侧外凸变形，有的向舌侧内凹变形；压低移动时，矫治器严重向牙冠顶端偏移。结论 隐形矫治器最适厚度为0.75 mm，临床上目前使用弹性模量816.31 MPa隐形矫治器是合适的；在数字模型上将向唇侧外凸部位对应的牙齿舌侧面和向舌侧内凹对应的牙齿唇侧面增厚，用增厚后的数字模型制作隐形矫治器，优化矫治器。

摘要:目的 研究缺损软骨在循环压缩载荷下的棘轮应变行为，探索缺损关节软骨的损伤演化规律。方法 取新鲜的成年猪股骨远端关节软骨，对不同缺损深度软骨试样进行不同参数的三角波循环加载。结合非接触式数字图像技术，获得软骨不同层区的棘轮应变。结果 随循环加载圈数的增加，软骨各层棘轮应变均表现为先急剧增大，然后缓慢增加并趋于平稳，由浅层到深层棘轮应变逐渐减小。各层区对循环圈数响应不同，浅层在50圈内应变增加较快，中层在100圈内应变增加较快，深层在75圈内应变增加较快。除了中层区域响应有滞后性，浅层、深层的棘轮应变与应力幅值、缺损深度呈正相关，与加载速率呈负相关。结论 软骨的棘轮行为受软骨的特殊结构的影响，缺损使软骨各层区的应变增大，易造成损伤加剧。实验结果 为组织工程软骨的构建提供参考依据。

摘要:目的 探讨低切应力刺激对血管内皮细胞Bmi1表达的影响及其在迁移中的作用。方法 体外原代培养人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells, HUVECs），运用平行平板流动腔系统给HUVECs加载正常切应力（1.5 Pa）和低切应力（0.5 Pa）12 h，用实时定量PCR法和免疫印迹法检测Bmi1 mRNA和蛋白表达水平，用细胞划痕实验检测细胞迁移能力，利用特异性小干扰RNA（siRNA）转染技术沉默Bmi1基因。结果 HUVECs受力12 h后，与1.5 Pa切应力组相比，0.5 Pa低切应力能显著上调Bmi1表达，同时抑制细胞迁移。siRNA敲低Bmi1表达后，减弱了低切应力对HUVECs迁移的抑制作用。结论 低切应力对HUVECs迁移的抑制作用可能是通过上调Bmi1蛋白的表达实现。Bmi1 表达沉默后可逆转低切应力对HUVECs迁移的抑制。

摘要:目的 研制一种创新性的体外内皮细胞培养装置，即基于血液动力学环境的血管内皮细胞体外培养装置，介绍内皮细胞体外培养装置的研制与实验研究。方法 运用血液动力学理论与方法 ，在课题组现有研究基础上设计并研制内皮细胞体外动态培养系统，其流动环境中切应力、正应力和张应力同时存在。并从装置的研制背景、结构与组成、设计原理、理论基础以及实验研究5个方面详细描述该装置的研制和实验研究。结果 装置能够准确模拟正常生理水平下内皮细胞所处的力学环境，实现切应力、正应力、张应力分别在0～12 Pa、0～15.96 kPa、0～0.5 MPa范围内的精确调控。结论 装置能提供一个更接近人体生理条件的血液动力学环境，为深入探索血管内膜损伤机制提供更理想的实验环境和手段。

摘要:现有汽车安全设计和法规主要是基于标准体型的50百分位人群，在肥胖人群不断增长的趋势下，研究肥胖乘员的碰撞损伤和防护越来越重要。现有研究中多采用事故统计分析、尸体实验、多刚体模型和有限元模型等方法 探讨肥胖乘员的损伤机制，肥胖对乘员的碰撞损伤主要有泡沫效应假说、躯干几何形状变化假说和质量效应假说等多种提法，可见肥胖乘员的损伤机制尚不明确。在全面总结肥胖乘员的碰撞损伤机制基础上，阐述当前肥胖乘员碰撞损伤研究所面临的问题及未来研究的发展方向。

摘要:随着人口寿命不断延长，老年人口所占比例不断增加，老年骨质疏松患者易发生髋部骨折，给家庭和社会带来沉重的经济负担。从股骨近端几何结构、骨密度（bone mineral density, BMD）、骨折风险评估工具（fracture risk assessment tool, FRAX）和基于CT影像的有限元分析（finite element analysis, FEA）等方面阐述髋部骨折风险预测的研究进展，旨在了解骨折风险的影响因素，提高老年人髋部骨折风险预测的准确性，尽量在早期发现易骨折的高危人群，并通过及时干预降低骨折发生概率，同时也为髋部骨折的预防和治疗方法 提供理论参考。

摘要:骨科缝合线是肌腱、韧带修复手术中非常重要的医疗器械之一，其性能尤其是力学性能，对于修复的成败影响很大。通过检索国内外骨科缝合线方面的文献，首先总结临床上常用的骨科缝合线，包括可吸收和非可吸收缝合线，以非可吸收缝合线为主。然后，针对骨科缝合线使用部位的特殊性，重点综述骨科缝合线体外力学性能测试与评价方法 ，主要涉及缝合线本身、缝合线与组织之间以及缝合线与锚钉之间的力学行为测试装置与评价方法 ，并分析不同装置或方法 的特点。由于缺乏统一的测试仪器与评价标准，目前尚难以对骨科缝合线的力学性能进行统一的评价比较。