摘要:

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摘要:耳与上气道是人体的门户器官，因结构精细而狭小，传统医学对其进行的非侵入性研究以及临床诊疗效果总是不尽人意。随着计算机技术的发展，数值模拟成为一种有效的辅助研究手段，能够对耳与上气道诊断与治疗进行再现和评估，是推动基础医学与临床诊疗技术发展的有力手段。回顾数值模拟方法在耳与上气道结构与功能的关系、疾病对功能的影响、临床诊疗技术评估以及相关医疗器械设计等方面的应用，并对数值研究在耳与上气道的临床应用进行展望，为耳与上气道临床诊疗研究提供参考。

摘要:目的 研究搏动性耳鸣与颞骨蜂房气化程度关系。方法 通过体外实验模拟乙状窦静脉声的产生、传导，并对鼓膜处接收到的声信号进行时域和时频域分析。结果 骨板缺损时，所有蜂房的静脉声都有高声压、脉动性。气化一般蜂房静脉声声压最高。骨板完整时，所有蜂房的静脉声脉动性微弱，且声压接近背景声。不同气化程度蜂房接收到的静脉声脉动性频段各不相同。结论 气化一般蜂房的静脉声放大效果最好，气化不足蜂房对静脉声的放大效果最差。颞骨蜂房气化程度不是导致致病静脉声的充分或必要条件。乙状窦沟骨板缺损是导致致病静脉声的充分条件。

摘要:目的 研究中耳畸形对圆窗激振性能的影响，为圆窗激振式人工中耳的优化提供理论支持。方法 构建包含两腔不对称的非螺旋耳蜗的人耳有限元模型，并与实验数据进行对比，验证模型的可靠性。基于该模型，通过改变相应组织的材料属性，分别模拟听骨链固定、听骨链融合、听小骨缺损3种中耳畸形对圆窗激振性能的影响。结果 中耳畸形主要影响圆窗激振式人工中耳的低频性能，听骨链固定和听骨链融合对圆窗激振起恶化效果。镫骨固定对圆窗激振补偿性能的影响最大，恶化量高达47.93 dB；听小骨缺损可提高圆窗激振的性能，最大改善量为6.24 dB。结论 中耳畸形对圆窗激振的低频性能有影响，临床植入圆窗激振式人工中耳时需要针对性地提高其作动器的输出量。

摘要:目的 探讨颅脑接触面不同定义方式和脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）单元划分密度对脑组织动态响应的影响。方法 基于第50百分位成人头部有限元模型，通过重构尸体直线撞击试验和旋转试验，将颅骨、CSF和脑组织之间定义为共节点、固连和滑动不分离接触面，研究不同接触面类型对脑组织动态响应的影响；颅骨、CSF和脑组织实现共节点接触，将CSF划分为1层和3层六面体单元并保持厚度不变，研究不同CSF划分密度对脑组织动态响应的影响。结果 颅内压力对不同接触面类型较敏感，但脑组织响应对不同CSF单元的划分层数不敏感。结论 研究结果对头部有限元模型中CSF构建以及颅脑接触界面的选择提供理论参考。

摘要:目的 通过建立自动化流程对膝关节假体股胫接触面积的影响因素进行分析，总结设计参数对接触面积的影响规律，并找到最大接触应力和接触面积之间的关系。方法 在Isight中建立参数化有限元模型，包括几何模型自动变参、自动化有限元前处理和有限元运算3个组件，实现自动化流程，提取接触面积进行统计学分析。结果 有限元模型用Tekscan应力分布系统进行验证。当股骨、胫骨矢状面半径逐渐接近时，接触面积最大为295 mm2。股骨矢状面半径对接触面积是正效应，而胫骨矢状面半径是负效应。最大接触应力和接触面积近似呈线性负相关。结论 通过分析股胫矢状面半径对接触面积和接触应力的影响规律，为临床降低衬垫磨损提供设计依据。

摘要:目的 比较空心钉联合同种异体腓骨内固定（改良术式）和单纯行空心钉内固定（传统术式）在治疗中青年PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ型股骨颈骨折中的力学稳定性差异。方法 建立传统及改良术式固定的PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ型股骨颈骨折模型，分析模型股骨头皮质骨壳负重区、股骨颈骨折端应力分布情况，以及股骨头皮质骨壳与股骨颈骨折面剪应力分布情况,并根据预测数据绘制股骨冠状位最大主应变云图，比较两组股骨颈骨折端位移。结果 股骨头皮质骨壳在S12、S13方向剪应力分布均显示采用改良术式优于或相近于采用传统术式。此外，股骨颈骨折面S12、S23方向剪应力情况亦显示采用改良术式固定优于传统术式。Pauwels Ⅱ、Ⅲ型传统术式固定的股骨颈骨折端位移大于改良术式，其中Pauwels Ⅱ型传统术式固定的位移明显大于改良术式，而PauwelsⅠ型改良术式固定的位移显著大于传统术式。结论 改良术式相对适用于PauwelsⅡ、Ⅲ型中青年股骨颈骨折，而传统术式则适用于PauwelsⅠ型中青年股骨颈骨折。

摘要:目的 利用nmsBuilder和OpenSim两款软件构建个性化全膝关节置换（total knee replacement, TKR）术后骨骼肌肉多体动力学模型，并用弹跳式和内推式两种步态对构建模型进行验证分析。方法 利用患者骨骼数据，通过nmsBuilder建立骨骼实体、骨标点和肌肉标点，从而自动生成对应参考系统和肌肉，将nmsBuilder生成的骨肌模型导入OpenSim先后执行逆向运动学、静态优化和膝关节接触力分析，最后通过弹跳式和内推式两种步态对模型进行模拟分析，并与实验测量值进行对比验证。结果 除了外侧关节接触力，模型预测的胫股关节接触力幅值和趋势与实验获得数据对比有很好的一致性，构建的骨骼肌肉多体动力学模型可以被用于膝关节研究。结论 利用患者骨骼信息建立的骨肌模型通过输入标记点位置和地面反作用力，可以同时预测出内侧、外侧以及总胫股关节接触力。研究思路可为TKR患者设计个性化膝关节假体提供参考。

摘要:目的 应用三维有限元方法分析钛（Ti）、钽（Ta）、聚醚醚酮（PEEK）、羟基磷灰石（HA）多孔支架在即刻负载下修复兔股骨缺损的力学特性，从生物力学角度探究最佳多孔支架材料。方法 通过CBCT扫描，结合Mimics、SolidWorks、Geomagic Studio、ANSYS等软件设计建立不同愈合阶段多孔支架修复兔股骨缺损的即刻加载模型，计算支架及其周围组织的应力、应变。结果 多孔支架的最大等效应力随着骨愈合过程而减小。在肉芽组织及纤维组织模型中，多孔支架最大等效应力与屈服强度的比值：HA＞Ta＞PEEK＞Ti，其中HA多孔支架的最大等效应力大于其屈服强度；多孔支架周围组织适宜应变单元数：PEEK＞Ta＞Ti＞HA；多孔支架周围组织可能断裂应变单元数：HA＞Ta＞PEEK＞Ti。结论 HA多孔支架并不满足即刻负载的要求，不能在即刻负载情况下引导良好骨愈合。PEEK多孔支架弹性模量与人体骨组织相近，能引导良好骨愈合，是即刻负载下较为理想的多孔支架材料。研究结果可为临床即刻负载下多孔支架材料的选择提供参考。

摘要:目的 体外构建丝素蛋白（silk fibroin，SF）、I型胶原(type I collagen,Col-I)和羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)共混体系制备二维复合膜和三维仿生支架，研究其理化性质和生物相容性，探讨其在组织工程支架材料中应用的可行性。方法 通过在细胞培养小室底部共混SF/Col-I/HA以及低温3D打印结合真空冷冻干燥法制备二维复合膜及三维支架。通过机械性能测试、电子显微镜和Micro-CT检测材料的理化性质，检测细胞的增殖评估其生物相容性。结果 通过共混和低温3D打印获得稳定的二维复合膜及三维多孔结构支架；力学性能具有较好的一致性，孔径、吸水率、孔隙率和弹性模量均符合构建组织工程骨的要求；支架为网格状的白色立方体，内部孔隙连通性较好； HA均匀分布在复合膜中，细胞黏附在复合膜上，呈扁平状；细胞分布在支架孔壁周围，呈梭形状，生长及增殖良好。结论 利用SF/Col-I/HA共混体系成功制备复合膜及三维支架，具有较好的孔连通性与孔结构,有利于细胞和组织的生长以及营养输送，其理化性能以及生物相容性符合骨组织工程生物材料的要求。

摘要:目的 研制一种新型电动吻合器，提高微创外科手术的自动化程度、便捷性和精准性。方法 在传统机械吻合器的基础上，创新设计新型电动吻合器的压榨、击发与转弯机构，实现微创外科吻合手术的电动驱动。详细分析电动压榨、击发与双螺旋转弯机构的运动过程，求解3个机构的运动函数方程式，为电动吻合器的智能控制算法提供理论基础。结果 利用ADAMS软件对电动压榨与击发过程进行仿真，验证运动方程。制作出新型电动吻合器的样机，进行离体小肠组织的吻合实验和爆破压实验，吻合口爆破压为3.7～11.67 kPa，符合临床基本要求。结论 新型电动吻合器的结构设计可以满足微创外科手术中电动压榨和击发等要求，有助于医生更加便捷、快速、有效地实现组织吻合。

摘要:目的 为提高手功能康复机器人的临床应用，改善现有刚性外骨骼康复机器人结构复杂、质量大、存在安全隐患等缺点，提出一种新型柔性可穿戴康复手套。方法 康复手套由McKibben型气动人工肌肉（pneumatic artificial muscles, PAMs）驱动，并仿人手的解剖和生理结构设计了腱驱动网络，利用佩戴者自身的指骨关节来传递力和扭矩，模拟人手的正常运动，大幅度减轻设备的重量。同时设计表面肌电信号（surface electromyography, sEMG）采集电路和基于表面肌电信号的佩戴者运动意图检测方法。结果 柔性康复手套的特性测量实验结果表明，康复手套能够有效协助佩戴者完成日常动作和日常生活用品的抓取，验证了该康复手套的可行性和科学性。结论 所设计的康复手套具有质量轻、易操作、舒适度高等优点，可为类似的手部康复设备研究和设计提供参考。

摘要:目的 基于手机内置传感器所获得人体运动信号，建立人体运动识别模型,为身体状况评估、特殊人群监护以及其他生物医学研究提供支持。方法 使用手机内置传感器采集运动信号，并结合公共数据集UCI HAR和WISDM作为实验数据。采用卷积神经网络与自回归模型相结合的特征提取方式，建立人体运动识别模型。结果 模型在自采集数据、UCI HAR和WISDM中均取得90%以上的识别正确率。结论 引入自回归模型，可以避免手工设计特征值的缺陷，并有效减少大规模堆积卷积层的计算量。研究结果证明,基于特征融合的方法可以有效识别人体运动。

摘要:目的 探究在较慢跑速下，相较于直道跑，弯道跑时两侧下肢髌股关节应力变化，分析长时间弯道跑增加髌股关节痛的可能性。方法 利用Newtest便携测速系统、Motion红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台，采集13名普通男性大学生（无运动专项）以(4.0±0.2) m/s速度分别沿直道和弯道（内径为36 m）跑步时三维步态参数及地面反作用力。结果 相较于直道跑，弯道跑时外侧腿髌股关节应力增大。弯道跑髌股关节压力变化时未见膝关节屈曲角度和膝关节伸展力矩的显著变化。结论 长时间弯道跑会增加外侧腿患髌股关节痛以及加剧髌股关节痛患者疼痛感，建议跑步爱好者和髌股关节痛患者尽量避免重复长时间弯道跑。

摘要:极外侧椎体融合术（extreme lateral interbody fusion, XLIF）可用于治疗腰椎间盘突出、椎体滑脱、椎管狭窄等腰椎疾病。此术式从侧方腹膜后建立手术通道，与其他手术方式相比，术中出血少，创伤小，康复时间短，并发症少，既可避免前方大血管损伤的风险，也可减少后方肌肉、关节突等组织的破坏，因而受到越来越多的关注和应用。但此术式在临床治疗效果、并发症发生率等方面是否优于其他入路尚无定论。从生物力学角度总结XLIF重建腰椎稳定的效果，并比较XLIF与相关经典术式在生物力学上的特点。

摘要:阐述跟随载荷在维持脊柱生物力学中的重要性，归纳近年来人离体脊柱标本跟随载荷模拟的各种方法及手段。通过与人体脊柱各椎体活动度、椎间盘内压等真实数据对比，从力学角度分析各类模拟手段的可行性，总结人体颈椎、胸椎、腰椎离体生物力学实验中最适合的加载载荷及扭矩，并探讨常规脊柱内固定术式对脊柱生物力学特性的影响。

摘要:细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是微环境中为细胞提供力学线索的主要元件。干细胞对基质力学信号改变的响应主要通过细胞骨架实现。细胞外基质性能改变后，力学信号经信号复合体传递，细胞骨架作为贯穿细胞整体的网状支架结构，在分子马达的作用下纤维重组产生张力，该力学信号可以转导为化学信号或直接传递至细胞核骨架，产生一系列对干细胞干性、增殖、分化以及凋亡的影响。骨髓间充质干细胞（bone mesenchymal stem cells, BMSCs）对于骨改建和治疗具有重要的意义。总结微环境改变后细胞骨架张力在BMSCs成骨分化过程中的影响及力信号响应机制。

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