摘要:
摘要:
摘要:
摘要:
摘要:目的 应用符合欧洲新车安全评鉴协会（the European New Car Assessment Programme，Euro NCAP）要求的6岁儿童行人有限元模型，探究不同碰撞角度对儿童头部损伤的影响。方法 应用符合Euro NCAP技术公告（TB024）并且具有详细解剖学结构的6岁儿童行人有限元模型，设置4组行人-汽车碰撞仿真试验,探究不同碰撞角度下的儿童头部损伤情况。人体头部质心初始位置在车的纵向中心线上，轿车初速度为40 km/h，轿车分别与人体右侧、前侧、左侧、后侧碰撞（即0°、90°、180°、270°）。比较不同碰撞角度下运动学差异和头部碰撞响应，同时分析面骨和颅骨的损伤情况。结果 通过对儿童行人头部接触力、头部质心合加速度、头部质心相对于车的合速度、头部损伤标准（head injury criterion, HIC15）、面骨骨折情况以及颅骨应力分布等进行分析，发现背面、正面碰撞下儿童头部骨折及发生脑组织损伤的风险大于侧面碰撞，其中背面碰撞下儿童行人头部损伤风险最高，侧面碰撞下儿童行人头部损伤风险最低。结论 背面碰撞下儿童行人头部损伤风险最大，研究结果对行人-汽车碰撞评估和防护装置的研发具有重要的应用价值。
摘要:目的 通过有限元方法评价个性化钛合金短柄股骨假体的生物力学性能。方法 在已验证有效性的股骨有限元模型基础上，模拟股骨颈基底部截骨，通过置入不同短柄股骨柄假体，分别建立4种人工髋关节置换（total hip replacement, THR）手术模型：SMF柄模型（模型A）、BE1柄模型（模型B）、MINI柄（模型C）、个性柄模型（模型D）。对4组THR模型施加同样的载荷和约束，计算分析模型von Mises应力分布和变形，比较各组模型的力学稳定性。结果 所有THR模型变形都比生理状态模型要小。模型B、C变形量接近，模型A、D变形量接近。模型C应力峰值高于其他组模型，达到95～55 MPa，整体应力趋势是模型C>模型B>模型D>模型A>生理状态模型。结论 个性化短柄股骨假体应力峰值、应力分布与SMF柄相当，应力分布合理，对股骨近端应力遮挡小，应力下假体整体变形度及剪切应力最小，其有效性和稳定性能满足人体生物力学要求，可为关节外科医生和假体研发人员提供参考。
摘要:目的 利用壁厚分析法定量判断胫骨骨折愈合程度，为临床判断胫骨骨不连和骨延迟愈合提供直观的诊断依据。方法 对48例患者下肢患侧与健侧进行三维建模后，计算最大壁厚（maximum wall thickness, MWT），并进行比值计算，将其对比值(B值)作为骨愈合程度的量化指标全程动态观察。当BMWT2＞0.9且BMWT1＞0.9时判定骨愈合；当BMWT2=0.9～0.7时判定骨愈合不良，定期复查该数值无明显增长，连续两次，可以判定骨不连，需要第二次手术干预治疗；当BMWT3＞0.9，且BMWT1＜0.7和BMWT2＜0.7时，可判定为内固定失效，二次手术中需更换内固定。对于临床诊断进行二次修正，并观察最终临床愈合结果。结果 对48例患者各复查时间段影像学进行临床诊断分析及有限元壁厚分析比较，临床判断骨延迟愈合21例，骨不连27例，再利用壁厚分析修正判断，骨延迟愈合34例，骨不连14例。其中2例判断内置物失效，采用更换内固定植骨干预，12例判断内固定仍然有效，单纯植骨手术干预，所有病例最终都取得骨愈合。进行Bowker检验法得到P=0.094，判断壁厚分析方法与临床诊断相符合。结论 采用壁厚分析法可以定量分析骨折端的骨愈合程度，实现骨愈合程度的快速计算。病例结果证实有限元壁厚分析法优于单纯临床诊断法，对早期判断骨愈合不良有更好的鉴别诊断意义。
摘要:目的 验证推导的骨钉力学性能公式有效性，分析骨钉参数对其力学性能的影响。方法 建立骨钉-聚氨酯泡沫块的物理模型，推导骨钉自攻性能和拔出性能的计算公式；用聚氨酯泡沫块模拟人骨，参考ASTM F543-07金属医用骨钉标准规范，用Instron E3000力学试验机对抽选的锥形头浅螺纹锁定接骨螺钉(head shallow thread locking bone screw, HAZ)、锥形头深螺纹锁定接骨螺钉(head deep thread locking bone screw, HBZ)不同直径的自攻骨钉进行试验验证，分别测出5组骨钉的自攻力、自攻力矩和拔出力数据。结果 除个别误差较大的点外，计算值和实测值基本一致；两者平均误差为11.02%，总体来说理论计算值具有较高的可信度。骨钉越粗或者牙高越高，所需的自攻力和拔出力越大。结论 研究结果为骨钉力学性能的判断提供计算依据，并为后续骨钉的优化改进提供参考和方向。
摘要:目的 对已截骨的髋臼块进行不同角度旋转，以模拟手术中髋臼块需调节的不同角度，通过分析髋关节周围软骨接触应力以及接触面积确定最佳角度，为髋臼截骨提供个体化方案。方法 建立髋关节发育不良（development dysplasia of hip，DDH）和正常有限元模型，探讨发育不良髋臼形态特征以及应力集中原因。对DDH模型模拟截骨术，通过髋臼块的向前方和侧方旋转的不同角度组合得到共计20个截骨术后骨盆模型，对比分析模型在模拟单腿站立情况下最优结果的差异。结果 正常模型髋臼软骨最大接触压力为7.85 MPa。DDH模型髋臼软骨最大接触压力为13.42 MPa，模拟截骨术后最优解接触压力下降至8.49 MPa，且接触力分布改善更明显。结论 改变前侧旋转角度可以明显改善接触压力分布和大小并且远离术前病变区域，对术后效果有积极影响。手术前基于每位患者的实际情况制定个性化截骨方案对于手术效果至关重要。
摘要:目的 针对药物洗脱支架植入后引起的早期再狭窄问题，对镍钛合金血管支架进行结构上的可回收设计和生物力学分析。方法 建立可回收血管支架及其回收系统的几何模型，其中支架回收部为圆台形网状结构，由4个对称分布的回收筋组成；分析支架在压握过程中的最大主应变分布、压握及自膨胀均匀性等，并对支架的回收过程进行仿真实验。结果 当支架被压握至最小尺寸时，其最大应变为3.7%，不均匀性指数为0.62%；当支架自膨胀结束时，其不均匀性指数为1.31%；当1/2支架被回收进外鞘管时，最大应变为1.52%；而支架在回收过程中并未发生断裂或“卡顿”情况。结论 支架应变在其安全范围之内，且支架的压握及自膨胀过程较均匀，能够被安全、顺利地回收进外鞘管中。研究结果可以为可回收血管支架的结构设计、生物力学分析和临床应用提供重要参考依据。
摘要:目的 探讨肾动脉狭窄（renal artery stenosis, RAS）的形态学参数对其血流动力学的影响，为临床治疗提供理论参考。方法 创建理想化RAS模型，运用计算流体力学方法探讨狭窄面积、对称性、长度和形状改变对肾动脉血流动力学影响。结果 肾灌注、压降和壁面剪切力分布与狭窄面积显著相关。当狭窄面积从50%逐步增大到70%，这些血流动力学参数均发生显著变化。此外，非对称狭窄会显著增加肾动脉中的回流区以及非正常高壁面剪切力，但狭窄长度和狭窄形状的改变对肾动脉的血流动力学影响较小。结论 虽然狭窄面积仍是RAS各种形态参数中最显著的影响因素，但是其他形态学参数尤其是非对称狭窄对肾动脉血流动力学影响也不可忽略，建议临床医生的治疗方案应该基于这些形态学参数进行综合评估。
摘要:目的 构建个体化的流固耦合模型，计算分析不同血液特性对动脉瘤腔内血液动力学的影响，进一步探讨对脑动脉瘤破裂的影响。方法 首先采集3D数字剪影图像构建动脉瘤模型，通过流体动力学计算方法分析在相同边界条件下，不同血流特性对颈动脉瘤动力学参数的影响。最后对简化颈动脉瘤实验模型进行粒子图像测试（particle image velocimetry, PIV）实验，以验证血流计算方法的可靠性。结果 不同血流特性的流固耦合模型，在1个心动周期内，在相同时刻，瘤腔内的低速区域面积、瘤腔流线分布、壁面剪切力（wall shear stress, WSS）及动脉瘤壁面变形有较大的差异。通过PIV实验发现，在瘤腔内涡流位置随速度变化而变化，与模拟分析结果流动趋势相一致。结论 两种血液特性差异较小，但非牛顿流体更加接近血液真实状态，数值结果将更接近真实流动状态。
摘要:目的 探究弯钩偏转角和弯钩倾斜角对软组织缝合过线器弯钩力学性能的影响。方法以远离针尖端端面（端面1）为研究对象，建立以力矩大小为因变量，弯钩偏转角和倾斜角为自变量的数学模型。探究偏转角和倾斜角为0°、10°、20°和30°时的力矩，并用数学模型求解出力矩。基于有限元分析法，使用SolidWorks软件建立偏转角和倾斜角为0°、10°、20°和30°的16种弯钩三维几何模型，导入ANSYS Workbench有限元分析软件进行应力分析，在相同穿刺力作用下，求解出各弯钩最大等效应力和远离针尖端端面的反作用力矩。结果 理论分析与数值模拟分析结果均表明，端面1反作用力矩随着偏转角的增大而增大，随着倾斜角的增大而减小。当弯钩偏转角为0°、弯钩倾斜角为30°时，端面1的反作用力矩最小。有限元分析结果显示，当偏转角为0°时，弯钩最大等效应力最小，且不随弯钩倾斜角的变化而变化。结论 所建数学模型可以准确说明弯钩端面1处力矩与弯钩偏转角和倾斜角的关系。研究结果为软组织缝合过线器弯钩几何结构的设计提供理论依据，提高了软组织缝合过线器在手术过程中的安全性。
摘要:目的 探讨运动员姿态（包括上半身弯曲角度以及身体与滑雪板夹角）对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响。方法 将跳台滑雪运动员与滑雪板作为1个多体系统，采用部分时均（partially averaged Navier-Stokes，PANS）湍流模型，并通过计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）方法数值模拟，预测不同运动员姿态下跳台滑雪空中飞行空气动力学特性。上半身弯曲角度计算工况包括10°、14°、18°、22°和26°，身体与滑雪板夹角计算工况包括8°、12°、16°、20°和24°。结果 受上半身弯曲角度增大变化的影响，多体系统、运动员以及滑雪板的升力、阻力，滑雪板的俯仰力矩均呈现单调递减趋势，但总升阻比先增大后减小；多体系统的俯仰力矩先减小后增大；运动员的俯仰力矩先微幅增大后减小。受身体与滑雪板夹角增大变化的影响，多体系统以及滑雪板的升力、阻力均先增大后减小再增大，但总升阻比先减小后增大再减小；运动员的升力、阻力以及俯仰力矩均呈现单调递增趋势；多体系统以及滑雪板的俯仰力矩均先增大后减小。上半身弯曲角度对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响普遍显著于身体与滑雪板夹角的影响。结论 上半身弯曲角度的优选范围为14°～18°，身体与滑雪板夹角的优选范围为16°～20°。运动员姿态（包括上半身弯曲角度以及身体与滑雪板夹角）对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响机制能够为比赛预判与决策提供有效的辅助支持，也为运动员空中飞行稳定性控制与技术训练提供科学指导。
摘要:目的 对比八段锦干预前后不同身体质量指数（body mass index, BMI）青年下肢生物力学特征，为不同BMI八段锦练习者进行科学锻炼及设定运动处方提供参考。方法 将不同BMI青年人群分为标准组、超重组、肥胖组，以BTS SMART 3D红外动作捕捉系统记录运动参数及肌电参数，KISTLER测力台记录动力参数，用AnyBody仿真软件计算运动参数及动力参数，BTS SMART Analyzer处理积分肌电值。结果 八段锦干预前各项指标无显著差异，干预后标准组、超重组、肥胖组膝关节屈伸角度、角速度以及标准组膝关节屈伸角加速度显著提高。八段锦显著提高标准组、超重组、肥胖组膝关节屈曲力及力矩，提高标准组髋关节屈曲力及力矩、踝关节跖屈力及力矩，干预后标准组同肥胖组相比，膝关节屈曲力、力矩均差异显著，膝关节屈曲力、力矩与BMI呈正相关。八段锦显著提高标准组、超重组、肥胖组的髂腰肌、臀中肌、梨状肌、臀大肌、股直肌、缝匠肌、胫骨前肌、股二头肌长头、趾长屈肌、拇长屈肌、腓骨长肌、腓骨短肌肌力。八段锦显著提高股直肌、胫骨前肌、股二头肌积分肌电值。结论 八段锦可提高青年下肢肌力和神经肌肉控制能力。BMI越大，膝关节屈曲力、力矩越大。
摘要:目的 基于多相机数字图像相关（digital image correlation, DIC)方法研究人手在抓取运动中的动态变形特征。方法 搭建连续型四相机DIC系统，测量抓取过程中手背皮肤的表面应变，再通过皮肤、关节、骨骼和肌肉之间的联系，间接掌握手部肌肉的变形规律。结果 测量中等圆柱抓取、横向捏取、食指伸展抓取以及强力球体抓握4种抓取姿态，发现不同抓取姿态下手背表面不同位置的应变增幅不同，其中最大主应变范围为0.1～0.3。通过分析可以得到手部各肌肉群在不同抓取姿态下的运动特点。结论 该方法具有非接触、全场化、结果直观等特点，为抓取过程中动态变形的在体测量提供了一种新途径。
摘要:目的 分析足底压力分布的统计学行为，提取足部运动的特征，为步态识别研究用于医疗临床诊断、康复训练和大众健康等提供参考。方法 通过对采集到的足部压力数据进行预处理，并对数据进行统计分析，实现足迹重构，并对足迹、分割区域以及各区域压力分布率进行比较分析，实现对足部运动特征的分解。结果 分区域对足底压力峰值进行分析比较，以不同区域压力峰值变化曲线的交叉点为依据，将足底区域分为脚趾、跖骨、足弓部、脚跟4个区域时，可准确地对足部运动特征进行提取。结论 利用足底压力峰值对足部运动特征进行提取，并将足部运动分为着地、整足接触、足跟离地和离地4个阶段。
摘要:目的 在显式动力学计算理论基础上，提出一种适用于肌肉高应变率下主被动特性数值计算模型。方法 在计算肌肉单元高应变率下运动方程的过程中，于每一时间步计算节点力公式中引入高应变率下的Hill肌肉三元素计算模型，对每一时间步的节点力进行修正。结果 由于在数值计算过程中引入Hill肌肉三元素模型，使得肌肉单元具有一般结构本构模型的被动特性和其专有的主动特性。结论 研究结果有助于对肌肉高应变率下的动力学响应和损伤问题进行数值计算。
摘要:目的 研究不同损伤情况下的骨重建行为。方法 提出一种疲劳机制作用下的骨重建模型，通过建立股骨近端三维有限元模型，并结合有限元法，分别模拟3种载荷工况下的骨重建情况，分析股骨近端的力学性能及密度变化。结果 通过增加载荷循环次数，使损伤不断增加。在不同损伤情况下，骨展现出不同的骨重建行为。骨重建作为一种修复机制，在一定范围内可以弥补由于疲劳损伤造成的骨量丢失。结论 提出的损伤自适应重建模型可以模拟不同损伤情况下的骨重建行为，以及由于载荷循环次数过大引起的过载吸收。研究疲劳损伤作用下的骨重建行为，可以为骨折预防以及术后康复治疗提供参考。
摘要:目的 研究体外细胞实验中常用3种液态培养介质环境对乳腺癌细胞弹性模量的影响，为研发基于力学原理的肿瘤诊疗新方法提供参考。方法 通过原子力显微镜技术，测试乳腺癌细胞MCF7在PBS缓冲液、DMEM培养液和DMEM+10%FBS培养液中的弹性模量和细胞对探针的黏附力。结果 乳腺癌细胞在3种介质中的弹性模量分别为2.59、2.11、1.59 kPa，存在显著差异。3种介质中细胞黏附力分别为63.81、66.09、121.97 pN，在DMEM+10%FBS培养液中的细胞黏附力与另外两种介质存在显著差异。结论 乳腺癌细胞在3种介质中的弹性模量差异明显，DMEM和DMEM+10%FBS培养液中的差异可能是由介质中血清蛋白引起的黏附力不同所致，DMEM和PBS缓冲液中的差异可能是由介质的pH差异所致。
摘要:目的 探讨全身振动训练对股骨组织生物力学与Wnt3a蛋白表达的影响。方法 取雌性SD大鼠48只，随机分为假手术组、骨质疏松组与全身振动组，每组16只。采用Micro-CT检测骨形态计量学参数，三点弯实验检测骨结构力学参数与材料力学参数，Western blotting检测Wnt3a、β-catenin蛋白表达量，qRT-PCR检测Wnt3a、β-catenin、cyclin D1、Tcf1基因表达量。结果 与假手术组相比较，骨质疏松组骨密度、骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度及皮质骨厚度均降低，骨小梁间隙升高；与骨质疏松组比较，全身振动组骨密度、骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度及皮质骨厚度均升高，骨小梁间隙降低。与假手术组比较，骨质疏松组最大载荷、弹性载荷、最大挠度降低；与骨质疏松组比较，全身振动组最大载荷、弹性载荷、最大挠度升高。与假手术组比较，骨质疏松组最大应力、弹性应力、最大应变和弹性模量降低；与骨质疏松组比较，全身振动组弹性应力、最大应变和弹性模量升高。与假手术组比较，骨质疏松组Wnt3a、β-catenin蛋白及基因表达降低，cyclin D1、Tcf1基因表达量降低；与骨质疏松组比较，全身振动组Wnt3a、β-catenin蛋白及基因表达升高，cyclin D1、Tcf1基因表达量升高。结论 全身振动训练可改善骨质疏松大鼠股骨生物力学性能，提高其Wnt3a蛋白表达。研究结果为全身振动训练防治骨质疏松提供了实验室参考数据。
摘要:目的 探索双膝骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）对女性老年人踝关节策略动态平衡能力的影响。方法 采用动态平衡能力测试仪测试KOA患者（KOA组）和一般老年人（对照组）平衡得分、旋转速度、最大旋转速度、目标球在各区域的停留时间百分比等指标，并进行对比分析。结果 KOA组的平衡得分低于对照组；KOA组在水平方向上的动态平衡控制能力与对照组基本一致，但是在垂直方向上的动态平衡控制能力弱于对照组。双KOA降低了女性老年人踝关节策略动态平衡能力，它不会影响女性老年人的左右对称平衡能力，但是会降低其前后对称平衡能力。结论 双KOA女性老年人可能更容易向前或者向后跌倒，不容易发生侧向跌倒。对双KOA女性老年患者，可以通过增强踝关节力量、本体感觉、反应能力等方法，防范动态平衡能力降低可能导致的跌倒，尤其是前后方向的跌倒。
摘要:假体松动及假体周围炎症是关节置换手术的严重并发症，常需要二次手术进行修复，易对患者身心健康及经济状况产生不利影响。研究表明，巨噬细胞受不同刺激所表达的功能表型即巨噬细胞极化状态，延长的M1极化可导致长期炎症的延续，及时有效的M2巨噬细胞表型会增强骨生成、细胞因子分泌以及随后的骨整合，对假体松动及假体周围炎的发展与转归起着至关重要的作用。细胞外基质局部微环境作为巨噬细胞活化、迁移、增殖与融合的重要影响因素，研究者主要通过生物材料的表面性能（表面形貌、润湿性、化学组成、生物蛋白）同巨噬细胞之间的串扰联系进行深入了解。巨噬细胞作为一种效应细胞，能够通过对生物材料植入人体后与生理环境接触形成的理化环境进行感知，同时做出复杂的时空间细胞功能响应。对近年来巨噬细胞极化与材料表面性能相关发现进行总结与归纳。
摘要:关节软骨具有非常优异的力学特性，是影响人体运动、载荷传递的关键因素之一。随着人们参与体育运动的增多以及老龄化程度的加剧，出现关节软骨损伤及其相关病症的人数显著增多。实现关节软骨力学特性的有效表征，是对关节软骨进行损伤评估和功能评价的核心环节。总结当前国内外关于关节软骨力学特性间接测量方法的研究进展，并对关节软骨力学特性表征技术的未来发展方向进行展望。
摘要:中风偏瘫患者由于半侧高级中枢神经系统损坏，导致其坐-站转移能力受损，在坐站转移过程中容易跌倒。从生物力学角度描述偏瘫患者在不同足位下的坐-站转移特征，讨论不同特征之间的相互联系，分析其跌倒原因，叙述坐-站转移训练在偏瘫患者的术后康复中的应用，从而为偏瘫患者的术后康复提供依据。
摘要:异常力学负荷是骨关节炎发生的主要危险因素，可导致胶原降解、糖胺聚糖丢失和软骨细胞凋亡，引起软骨和软骨下骨破坏。然而，由于对软骨细胞力学传导认识不足，以及各种软骨修复再生手段的效果并不理想，故迫切需要了解软骨细胞力学传导过程以及软骨机械性损伤发生机制，以期望为研究软骨损伤修复和再生提供参考。详细介绍力学信号如何从细胞外经由细胞膜传至细胞内力学感受器，并着重讨论相关力学传导的信号通路在骨性关节炎中的作用。
