摘要:

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摘要:细胞处于复杂的生理力学和物理环境中，前者包括剪切、拉伸、压缩、扭转等，后者则涵盖细胞外基质硬度与拓扑、空间限位、体积受限、渗透压力等，呈现多方式、多模态和多参数的特点。细胞力学重点关注细胞力学性质变化及其亚细胞组元的力学重建，不同力学和物理环境下细胞发育、生长、增殖、分化和凋亡的动力学过程，细胞对作用力的感知、传递、传导和响应机制及其与周围环境的相互作用等。本文综述了2021年度细胞力学研究在心血管、骨、免疫、肿瘤、干细胞等方面的主要进展，并涵盖了相关新技术的发展。

摘要:目的 研究旋转铰链型膝关节假体在水平行走步态下的磨损状况，为该类假体的磨损评测和临床应用提供技术参考。方法 基于ISO 14243标准建立假体的磨损模型，计算旋转铰链型膝关节假体股胫关节面衬垫的磨损分布及质量磨损率,并与同一假体的体外磨损实验结果对比。结果 有限元分析和体外实验所得聚乙烯衬垫磨损率分别为26.01 mg/MC与（30.06±1.21) mg/MC（million cycle, MC,百万次循环）。有限元分析所得衬垫上表面的质量磨损率约为下表面的3.3倍，磨损区域与体外磨损测试所得的磨损区域基本一致，主要磨损区域大致对称分布在衬垫的上表面后侧偏中部区域。结论 旋转铰链型膝关节假体作为一种半限制性假体，其磨损量高于初次置换全膝关节假体，在该类产品的性能检测和评估中应该给予适当的重视。

摘要:目的 系统探讨固定器刚度变化（0.05~7.50 kN/mm）对AO/OTA分型下7种不同类型骨折（A1：简单螺旋、A2：简单斜形、A3：简单横形、B2：楔形螺旋形、B3：楔形碎片形、C2：复杂多段、C3：复杂不规则）愈合效果的影响。方法 以长骨骨折髓内钉固定为研究对象，基于应变调控组织分化理论，结合模糊逻辑控制算法和有限元分析技术，数值模拟骨折愈合过程。结果 中等固定器刚度（1.5~2.5 kN/mm）可以在保证骨折生物力学性能恢复的情况下缩短愈合时间。但是，每种骨折类型对应的适宜刚度不尽相同，且其愈合效果对固定器刚度变化的敏感度不一。对于A型骨折，当固定器刚度为1.5 kN/mm时，骨折断端生物力学性能恢复最佳，并且固定器刚度变化对愈合效果影响较大；对于B、C型骨折，当固定器刚度在1.5 kN/mm以上时，刚度变化对生物力学性能恢复没有显著影响。结论 骨折愈合效果受固定器刚度和骨折类型的共同影响。在临床骨折治疗中，固定器的选用应充分考虑骨折类型。

摘要:目的 研究由断骨（含骨痂）和骨板组成的长骨类骨折内固定系统中各组成部分刚度和应力的分布规律，提出骨折内固定植入物抗弯刚度确定方法。方法 基于线性弯曲理论与复合梁理论，构建由断骨-骨板组成的股骨干骨折内固定系统的力学模型，以基于人造股骨CT数据的有限元模型进行验证，建立长骨类骨折内固定系统应力和刚度的关系式。结果 通过计算分析得到的断骨抗弯刚度随骨痂弹性模量变化3个阶段（缓慢增长-快速增长-平稳增长）与实际骨骼愈合过程中3个阶段的情况相符，证明理论计算方法的准确性；进一步得到断骨骨板组成的骨折内固定系统中性轴位置的变化规律，即提高（降低）骨板刚度可使中性轴位置向骨板中心轴靠近（远离）；根据骨折愈合所需应力（0.72~0.80 MPa），得到骨板抗弯刚度的合理范围为0.99~4.20 kN·mm2。结论骨痂弹性模量为0.03~7.00 GPa时，断骨抗弯刚度快速上升，是骨桥的生成阶段；骨痂弹性模量为7 GPa以上时，骨痂趋于成熟。基于本文的股骨模型，当骨板厚度为3.6~6.0 mm，且断骨弹性模量为3.0~13.5 GPa时，可使整个断骨截面受到有效的力学刺激。本文的股骨骨折内固定系统在骨桥的生成阶段，接骨板抗弯刚度为0.99~4.20 kN·mm2时，有利于骨愈合。

摘要:目的 研究在完整步态周期受力环境下髋关节周围软骨的应力分布情况，探求弧形髋臼周围截骨术（curved periacetabular osteotomy, CPO）术中所截骨块的最佳矫正角度，为临床手术提供理论依据。方法 利用CT扫描获取1名髋关节发育不良（development dysplasia of hip, DDH）患者和1名健康志愿者骨盆及股骨近端DICOM数据,构建三维有限元模型。采用划分蒙罩的方法区分皮质骨和松质骨，并为有限元模型赋予材料属性。对DDH模型模拟CPO，调整外侧中心边缘角（lateral center edge angle, LCEA）和前方中心边缘角（anterior center edge angle, ACEA），共得到100个不同的术后模型。根据完整步态周期中的髋关节受力情况为模型分别施加载荷，分析对比术前、术后和正常髋臼软骨的受力变化。结果 DDH模型模拟术后髋臼软骨在完整步态周期中脚跟落地相、开始单腿支撑相、单腿支撑中期相、单腿支撑结束相、双腿支撑相的最小接触应力峰值分别为5.273、6.128、7.463、6.347、6.582 MPa，分别比术前减少了2.159、2.724、2.249、2.164、2.119 MPa；术后头臼接触面积较术前明显增加，但仍小于正常志愿者。结论 利用有限元方法可以得到LCEA和ACEA的最佳矫正角度，对不同患者模拟CPO手术对提高手术精准度和手术效率具有重要意义。

摘要:目的 研究交锁髓内钉对尺骨鹰嘴横形骨折的固定效果。方法 收集9对新鲜尺骨标本，建立尺骨鹰嘴横形骨折模型，分别利用克氏针张力带、交锁髓内钉修复骨折；分别模拟肘关节屈曲30°、45°和60°下，在肱三头肌腱处施加幅值25 N、均值45 N和频率0.5 Hz循环动态拉力载荷，记录标本在300个循环周期下的骨折位移。结果 屈曲30°时，交锁髓内钉组、克氏针张力带组骨折位移分别为(1.831±0.333)、(3.723±2.390) mm （P=0.024）；屈曲45°时，交锁髓内钉组、克氏针张力带组骨折位移为分别(1.167±0.374)、(2.455±0.609) mm （P=0）；屈曲60°时，交锁髓内钉组、克氏针张力带组骨折位移分别为(1.407±0.342)、(3.112±1.025) mm（P=0）。交锁髓内钉修复的骨折位移更小。结论 交锁髓内钉的力学性能优于克氏针张力带，交锁髓内钉固定尺骨鹰嘴横形骨折更稳定、更牢固；且利用操作工具安装交锁髓内钉，手术更精准、快捷，手术效率得到极大提高。

摘要:目的 考虑电场影响的同时研究骨在低载荷刺激频率下的废用行为。方法 提出一个废用模型并通过参数激活频率来描述力学刺激与电刺激对骨重建过程的影响。通过建立股骨近端有限元模型，结合有限单元法，模拟低载荷刺激频率下耦合电刺激的骨重建过程，并分析骨密度的流失情况。结果 降低日载荷刺激频率会显著降低骨密度。电刺激可以在一定程度上抵抗由于低载荷刺激频率导致的密度流失，其主要影响区域分布在股骨头部与股骨颈部。电刺激持续时长会显著影响骨皮质与骨松质的密度流失情况。结论 模型可以模拟由于日载荷刺激频率降低导致的废用过程；同时，纳入了电场影响表现其抵抗密度流失的现象。

摘要:目的 针对骨重建压电效应仿真分析时传统有限元法（finite element method, FEM）数值解精度差的问题，提出了一种基于边的光滑有限元法（edged-based smoothed FEM, ESFEM）模型。方法基于三角形背景网格构建光滑域，依托梯度光滑技术获得光滑应变梯度与光滑电场梯度，在光滑伽辽金弱形式的框架下构造系统离散方程。结果 采用上述模型能反映压电效应下骨重建过程中骨密度变化和电势分布，相比于FEM，ES-FEM能够在一定程度上提高骨重建仿真结果的精度。结论 提出的边光滑有限元模型能够更准确地模拟出骨重建过程，该方法对骨重建压电效应问题的准确预测为骨类疾病临床研究提供有效的理论依据。

摘要:目的 探讨Lenke3型脊柱侧凸有限元模型的动力学响应。方法 利用Lenke3型脊柱侧凸患者CT扫描图像建立有限元模型，对模型进行有效性验证。并对模型进行模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析。结果 本模型第1阶固有频率仅为1-2 Hz；在第1阶固有频率时，有限元模型的振幅最大。在同一共振频率时，胸弯曲椎体比腰弯曲椎体振幅大；从T6到L2椎体，各方向的振幅依次减弱。结论 人体脊柱畸形程度可能影响脊柱对振动的感知。脊柱畸形程度越高，对振动的敏感程度就越高。第1固有频率对Lenke3型脊柱侧凸患者危害最大；在循环载荷下，胸弯曲椎体比腰弯曲椎体更易产生较大变形；越靠近T1椎体，振动幅度就越大。

摘要:目的 基于计算流体动力学的方法，模拟计算单个肺泡中的气体与气溶胶颗粒输运情况，研究深层肺泡内气体流动和气溶胶颗粒输运特性。方法 采用一端有周期性扩张/收缩半球形壁的长直导管作为单一肺泡及肺泡管的简化近似，建立二维数学模拟模型。考虑呼吸气体在半球边界上的扩散，采用欧拉欧拉方法对肺泡管中气体以及气溶胶颗粒的输运方程进行求解。结果 整个呼吸过程中，管道中空气的成分比率以稳定的周期方式随时间变化。气溶胶在管道输运主要依赖于颗粒的扩散系数，平流输运只有微小的影响。气溶胶颗粒尺寸减小时，气溶胶的扩散速度与深度均有提高，粒径小于4 μm时该现象尤为明显，且呼吸频率和幅度的增大可以显著提升颗粒的输运能力。结论 雾化治疗中，粒径较小的气溶胶颗粒可以增强药物扩散速度。深呼吸有助于提升颗粒的输运效果，治疗中应鼓励患者深呼吸。

摘要:目的 基于通气实验，分析高流量经鼻氧疗（high flow nasal cannula，HFNC）流量对呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrom，ARDS）患者呼吸力学参数的影响，探讨HFNC对ARDS患者的通气效果和副作用。方法 分别设计基于Matlab的HFNC通气系统模型和基于主动模拟肺ASL5000的物理实验平台，模拟不同肺顺应的ARDS患者呼吸运动，进行HFNC通气实验，并将两者实验结果进行比较分析。结果 基于Matlab模型的仿真实验和基于物理平台的物理实验结果一致表明，增大HFNC的通气流量，将减小患者的呼吸气流流量、潮气量，提高患者肺内压、功能残气量等。在实验中，HFNC所提供的气流有时低于患者呼吸道内的吸气气流，从而需要得到一定的吸气补偿气流来满足患者吸气需求。结论 充分的吸气补偿气流来填补HFNC所提供气流不足是通气安全的保障措施之一。明确HFNC下ARDS患者呼吸力学参数的变化将有助于采取通气措施，提高通气疗效，降低通气风险。

摘要:目的 采用有限元方法研究肾脏钝性撞击损伤的影响因素。方法 基于肾脏CT图像构建不同年龄人群肾脏有限元模型，重构肾脏钝性撞击实验，分析肾脏材料本构参数、肾脏组织结构、肾脏大小、撞击位置和撞击速度等参数对肾脏损伤的影响。结果 相同撞击工况下，肾皮质应力随肾脏质量的增加有所减少，随撞锤撞击速度的增加而增加；肾包膜具有一定的吸能效果，从而降低肾脏的应力；肾脏受到撞击时，侧面撞击的肾皮质应力明显高于正面撞击。结论 相比黏弹性本构模型，Mooney Rivlin材料本构模型更适合用于肾脏损伤的有限元评价；肾脏损伤随肾脏质量的增加有所减少；撞锤撞击速度的增加会加剧肾脏损伤；肾包膜会一定程度上减轻肾脏损伤，故在进行肾脏有限元建模时，必须考虑肾包膜结构的存在；相比正面和背面撞击，肾脏侧面受到撞击时损伤相对更严重。

摘要:目的 利用三维有限元方法比较下颌外斜线区微种植钉远移下牙列时，使用不同长度牵引钩放置不同位点时下颌牙齿的应力分布情况。方法 根据患者锥形束计算机断层扫描（cone beam computed tomography，CBCT）影像数据，在侧切牙和尖牙托槽之间、尖牙和第1前磨牙托槽之间分别固定高度为2、7 mm牵引钩，依次构建出4种微种植钉远移全牙列的有限元模型。在牵引钩与微种植钉间加载 3 N牵引力，观察4种工况中下颌牙齿及牙列等效应力、初始位移变化情况。结果 除高度7 mm牵引钩置于侧切牙与尖牙间时，下中切牙发生冠唇向根舌向的顺时针旋转外，其他3种工况下中切牙均发生冠根均舌向的逆时针旋转趋势；除高度7 mm牵引钩置于尖牙与第1前磨牙间时，下尖牙发生冠向近中移动，其他3种工况下尖牙冠根均向远中移动趋势；4种工况中，下磨牙均发生冠根向远中的逆时针方向旋转趋势。结论 通过三维有限元分析阐明了下牙列整体远移时，不同牵引钩对下颌牙齿移动影响的生物力学机制。在充分理解生物力学机制的情况下，恰当选择牵引钩长度及放置位置可以更有效实现下颌牙列的整体远移。

摘要:目的 比较基于快、慢速加载单轴拉伸数据确定的角膜生物力学特性参数。方法 选取15只健康成年兔的角膜进行平均加载速率为0.16、0.02 mm/s单轴拉伸实验，分别获得应力-应变以及应力松弛数据；分别利用黏超弹性模型、1阶Ogden模型和2阶Prony级数模型对加卸载迟滞环曲线、应力-应变曲线、应力松弛曲线进行分析。基于黏超弹性模型拟合快速加卸载迟滞环曲线确定的参数集记为Gvh。拟合慢速加载的应力-应变、应力松弛数据的材料参数集记为GOP。利用相关性分析比较Gvh与GOP之间参数的相关性。结果对快速加卸载迟滞环数据、慢速加载的应力应变数据与应力松弛数据的拟合优度R2都大于0.95。Gvh与GOP中6个参数中5个（μ，A1，A2，τ1，τ2）差异明显（P<005），并且两参数组中Ogden模型参数呈正相关。结论 基于快、慢速加载的单轴拉伸数据识别的角膜生物力学参数具有差异性。研究结果为进一步探索利用临床数据识别角膜生物力学特性提供前期的研究基础。

摘要:目的 分析斑块分布分型和血管分叉角度对冠状动脉分叉血管内血液动力学的影响，进一步探讨对斑块易损性发展的影响规律。方法 基于人体冠状动脉分叉血管的平均几何参数，构建不同斑块分布分型和血管分叉角度情况下的流固耦合模型，研究关键部位处的血流速度、压力以及剪切应力分布。结果 斑块上游的肩部是斑块表面剪切应力最大的部位，容易发生溃疡或破裂并进一步发展；当分叉血管单侧有斑块时，分叉脊处的剪切应力大于双侧有斑块的情况。血管分叉脊处的压力和剪切应力随分叉角度减小而逐渐增大。结论 分叉处单侧有斑块时，斑块溃疡或破裂的概率更大。主支血管内斑块的存在会促进分叉处斑块的形成和发展。血管分叉的角度越小，分叉脊处的血管内壁越易受损。研究结果可为易损斑块治疗方案的设计与优化提供理论参考。

摘要:目的 评估颈椎旋转手法对颈动脉粥样硬化斑块的破裂风险。方法建立颈动脉粥样硬化斑块流固耦合（fluid-structure interaction, FSI）模型。采用FSI模型模拟颈椎旋转手法对颈动脉斑块和管腔的拉伸形变。记录斑块和管腔的血流最大剪切力（flow shear stress，FSS）、最大壁面切应力（wall shear stress，WSS）、最大斑块壁应力（plaque wall stress，PWS）、壁面拉应力（wall tensile stress，WTS）和壁面压强（wall pressure, WP）等力学参数。结果在颈动脉16%拉伸形变下，斑块最大WSS为40.54 Pa，此处斑块可能表皮损伤；最大PWS为66.16 kPa，远小于斑块破裂阈值；内部纤维帽最大WTS和最大应变分别为156.75 kPa和0.56，大于破裂应变范围，能达到断裂临界值；管腔最大WTS为1 040.30 kPa，已接近中膜破裂阈值，可能会引起血管损伤。结论 颈椎旋转至生理极限位后，颈动脉拉伸可能造成斑块表皮组织破坏导致脱落，斑块内部会形成损伤、溃疡和出血以及血管损伤，影响斑块稳定性。在颈动脉粥样硬化斑块的颈部疾病患者中应谨慎进行颈椎旋转手法治疗，手法前对斑块进行FSI评估可能是一种有效的安全性筛查方法。

摘要:目的 利用有限元方法分析径向织入镍钛金属丝的涤纶（polyethylene terephthalate，PET）基纺织瓣膜力学性能，结合体外血流动力学测试，分析金属丝数量和分布形式对PET瓣膜流体动力学性能的影响。方法 使用建模软件构建在径向方向上具有不同数量和分布的金属丝PET瓣膜和无金属丝PET瓣膜三维几何模型；根据文献和实验数据给定PET瓣膜和金属丝的材料属性；使用体外脉动流实验得到PET瓣膜的跨瓣压差曲线作为边界条件；利用有限元分析软件研究瓣膜在心动周期内的应力分布；通过体外脉动流实验评估金属丝瓣膜的流体力学性能。结果 有限元分析结果表明，径向织入镍钛金属丝可以增强对PET纺织瓣膜的支撑作用，金属丝均匀分布的瓣膜在瓣叶腹部区域的支撑力及作用区域随着金属丝数量增加而增大，金属丝分布在两侧位置的情况类似。金属丝的织入一定程度上改善PET瓣膜上的应力集中。脉动流实验结果表明，织入金属丝PET瓣膜开闭形态的稳定性、有效开口面积、反流分数和跨瓣压差等指标均优于无金属丝的纯PET瓣膜。结论 在PET纺织瓣膜的径向方向织入金属丝可以有效减少心动周期内PET纺织瓣膜上的应力集中，降低PET纺织瓣膜因长期受拉伸应力而导致瓣叶撕裂的可能性。金属丝的织入可提升PET纺织瓣膜在体外流体力学测试中的开闭稳定性，在增加有效开口面积的同时降低PET瓣膜的反流分数和跨瓣压差。

摘要:目的 基于新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置研究血管性血友病因子（von Willebrand Factor, VWF）的损伤规律。方法 设计磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置，并搭建血液剪切平台：使用猪血在稳定层流状态下进行1 h循环测试;通过免疫蛋白印迹法和酶联免疫反应分析样品,评估血液VWF损伤。结果随着暴露时间或剪切应力的增加，与初始样品相比，有大量高分子量VWF多聚体降解为低分子量VWF，减少率最高可达56.9%。当剪切应力从18 Pa增加到55 Pa时，VWF活性与VWF抗原比值从45.7%降低到32.8%。结论VWF损伤主要表现为高分子量VWF减少和VWF活性降低，VWF总含量并未产生明显变化。该新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置能够定量控制相关参数（暴露时间和剪切应力），用于体外血液损伤研究，从而为体外膜肺氧合器和血泵的设计与优化提供参考。

摘要:目的 建立基于主成分分析（principal component analysis, PCA）和小波神经网络模型（wavelet neural network, WNN）预测跑台上人体所受垂直地面反作用力（vertical ground reaction force, vGRF）的方法。方法 选取9名后足跑者在跑台上以12、14与16 km/h速度跑步，通过红外运动捕捉系统和测力跑台同步采集运动学数据与vGRF。以Morlet函数作为激活函数并构建3层神经网络，将大腿、小腿与足的环节质心速度与髋、膝与踝关节的关节角度输入到模型。使用重相关系数（coefficient of multiple correlation, CMC）以及误差值评价预测模型的准确性，使用Bland-Altman方法分析vGRF预测峰值与测量峰值间一致性。结果不同速度下vGRF预测曲线与测量曲线间CMC>099，预测值与测量值间均方根误差（root mean squared error, RMSE）为0.18~0.28 BW，标准均方根误差（normalized root mean squared error, NRMSE）为6.20%~8.42%。不同速度下冲击力与推进力峰值NRMSE＜15%。Bland-Altman结果显示，12 km/h推进力峰值的预测误差以及14 km/h冲击力和推进力峰值的预测误差在95%一致性区间。结论 构建的PCA-WNN模型可准确预测出跑台跑步时人体所受vGRF。研究结果为在跑台上获得动力学数据和实时监测提供新途径，对研究跑步损伤及康复治疗有较大意义。

摘要:目的 研究腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation, LDH）患者在坐-立-坐任务中腰部和臀部的运动学与关节协调性变化。方法 应用Vicon三维运动捕捉系统采集20例健康对照与20例LDH受试者的运动学数据，通过统计参数映射（statistical parametric mapping, SPM）比较两组在坐立任务中腰椎与髋关节的运动模式差异。结果 在坐立任务中，LDH受试者腰椎屈伸活动度与髋关节外展角度明显受限，髋关节屈曲角度增加；SPM分析显示,两组在从坐到立的起始阶段（10%~13%），腰椎屈曲角度存在统计学差异，LDH受试者屈曲角度明显减少，而2%~14%阶段LDH受试者髋关节屈曲角度明显增加；在从立到坐阶段（65%~68%），LDH受试者则表现为髋关节外展角度增加。结论 LDH受试者在坐立过程中腰椎屈曲及髋关节外展功能受限，需代偿以髋关节屈曲活动增加来完成功能任务。在临床评估中，应重点关注脊柱与臀部的运动功能改变。

摘要:目的 基于三维重建技术分析定点侧屈旋扳整颈手法治疗神经根型颈椎病（cervical spondylotic radiculopathy, CSR）患者椎间孔形态的变化，为手法治疗的有效性提供依据。方法 对40例CSR患者给予定点侧屈旋扳整颈手法治疗，隔日1次，共治疗7次，2周为1个疗程。利用多功能CT、Mimics 21.0、Geomagic、SolidWorks 2017软件对患者治疗前后CT数据进行三维重建分析，分别测量患者治疗前后椎间孔面积、椎间孔前后径、椎间孔上下径以及双侧颈肩部、上肢前侧、上肢后侧红外热成像温差值，并观察患者治疗前以及治疗7、14 d和1月随访时的VAS评分。结果 40例患者治疗后椎间孔面积、前后径、上下径较治疗前均得到改善，治疗前后患者红外热成像温差值均具有统计学意义。患者VAS评分呈逐级递减式下降。结论 定点侧屈旋扳整颈手法可以显著改善CSR患者的椎间孔形态，以此达到解除神经压迫的治疗目的。

摘要:目的 通过表面肌电（surface electromyography，sEMG）和关节角度评估脑瘫儿童手术后运动功能。方法 采集16名痉挛型脑瘫患儿手术前后直线行走时股直肌、股二头肌、半腱肌、胫骨前肌、腓肠肌内外侧sEMG和髋、膝、踝关节角度，计算各步态时期sEMG均方根、积分肌电值和关节角度均值，进行肌力肌张力评估。结果 手术后，患儿下肢肌肉肌张力均显著降低（P＜0.05）,股直肌和股二头肌在摆动阶段肌力减小。胫骨前肌在摆动中末期肌力增大（P＜0.05）。髋、膝关节屈曲角降低（P＜0.05）。踝关节背屈角增大（P＜0.05），内翻角减小（P＜0.05）。结论 治疗后患者蹲伏步态和马蹄内翻足均得到改善，运动功能得到提升。sEMG结合关节角度分析可对患者肌肉功能进行定量评估，为临床诊断提供参考。

摘要:目的 以有标记点三维运动捕捉系统（MoCap）为金标准，基于双向长短时记忆（bi-lateral long short term memory，BiLSTM）递归神经网络和线性回归算法构建深度学习融合模型，减小深度传感器的系统误差，从而提高深度传感器下肢运动学分析的准确性。方法 招募10名健康男性大学生进行步态分析，应用MoCap系统和Kinect V2传感器同时采集数据。通过Cleveland Clinic及Kinect逆运动学模型分别计算下肢关节角度。以MoCap系统为目标，Kinect系统得到的角度为输入构建数据集，分别用BiLSTM算法和线性回归算法构建学习模型，得到系统误差修正后的下肢关节角度。使用留一交叉验证法评估模型的性能。采用多重相关系数（coefficient of multiple correlations，CMC）及均方根误差（root mean square error，RMSE）表示下肢关节角度波形曲线相似程度以及平均误差。结果 BiLSTM网络比线性回归算法更能够处理高度非线性的回归问题，尤其是在髋关节内收/外展、髋关节内旋/外旋和踝关节趾屈/背屈角度上。应用BiLSTM网络的误差修正算法显著降低Kinect的系统误差（RMSE<10°，其中髋关节RMSE<5°），下肢角度波形呈现很好的一致性（除髋关节内旋/外旋角度外，CMC>0.7）。结论 本文开发的基于深度学习融合模型的无标记点步态分析系统可以准确评估下肢运动学参数、关节活动能力、步行功能等，在临床和家庭康复中具有广泛的应用前景。

摘要:目的 探索不同跌倒风险老年人在跨越障碍前后的步态动力学特征。方法 采用坐立行走计时测试和5次坐立测试对27名社区老年人进行跌倒风险分级，应用足底压力测量系统对老年人跨越障碍前后的足底压力参数进行测试分析。结果 高、低跌倒风险组老年人在跨越障碍前后整体足底压力双峰曲线特征值组间无显著差异（P＞0.05）。高跌倒风险组在跨越障碍后X方向压力中心（center of pressure, COP）运行轨迹显著大于低跌倒风险组（P＜0.05）。跨越障碍前,高跌倒风险组支撑足第3跖骨峰值压力大于低跌倒风险组（P＜0.05）。在跨越障碍后,高跌倒风险组支撑足第1趾骨峰值压力明显小于低跌倒风险组（P＜0.05），而高跌倒风险组足跟外侧冲量明显大于低跌倒风险组（P＜0.05）。高、低跌倒风险组老年人在跨越障碍前后足底接触面积分布规律基本一致，各区域接触面积组间均无显著差异（P＞0.05）。结论 高跌倒风险老人相对低跌倒风险老年人跨越障碍时支撑时间延长，跨越腿足底跖骨区域峰值压力增加，足底COP曲线表现出不对称性，且在冠状面横向变化范围增大。在临床评估中应重点关注跌倒风险人群跨越障碍的足底压力特征。

摘要:目的 构建髌股关节疼痛（patellofemoral pain，PFP）足底压力模型，为该病康复评定提供理论依据。方法 采用病例对照研究，共纳入126例PFP患者（PFP组），并根据年龄、性别1∶1匹配126例健康志愿者纳入对照组。以是否发生PFP为因变量，以受试者自选步速下平地行走时足底12个分区峰值压力和峰值压强为自变量，分别构建峰值压力、峰值压强与PFP的条件logistic回归方程，并绘制对应方程的受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线，计算曲线下面积以分析不同方程对PFP的评估效果。结果 构建受试者足底12个分区峰值压力与PFP的条件logistic回归方程，仅足跟外侧区峰值压力进入回归方程；而通过各个分区峰值压强构建的回归方程中则包括足跟内侧区、中足区、第1跖骨区、第2跖骨区4个区域的变量，同时压强方程ROC曲线下面积大于压力方程曲线下面积。结论 可使用平地行走中PFP患者足底不同分区峰值压力、压强对PFP进行评估，峰值压强评估效果相对较好。

摘要:目的 分析士兵负重单脚落地对膝关节产生的影响，并探讨与肌力的关系，为日常负重训练提供依据。方法 采用Vicon动作捕捉系统和AMTI测力台分别采集12名士兵学员不负重和负重15 kg从30 cm高度单脚落地时膝关节的运动学和动力学数据，同步采集大腿前后侧肌群表面肌电（surface electromyography，sEMG），并进行膝关节屈伸等速肌力测试。结果 与无负重相比，负重15 kg落地时膝关节屈曲角度和胫骨反作用力显著增加（P<0.05），股直肌、股内外侧肌和股二头肌sEMG最大值均显著增加（P<0.05），其余指标负重前后无显著差异（P>0.05）。伸膝峰值力矩与无负重单脚落地垂直地面反作用力呈显著负相关（P<0.05），其余指标无显著相关关系（P>0.05）。结论 负重15 kg单脚落地增加了膝关节屈曲角度和胫骨反作用力，大腿前后侧肌群的激活可缓解落地时的地面反作用力，肌力对于预防落地损伤具有一定作用。

摘要:随着年龄增长，老年人对身体平衡的控制能力下降，容易引起跌倒。鞋具作为人体与地面接触的关键要素，其特征对老年人身体稳定性起着重要作用。本文对鞋具特征与老年人身体稳定性相关文献进行系统回顾，分析鞋具对老年人身体稳定性的影响。结果显示，穿着鞋带或粘扣等束缚物、鞋跟低、鞋底较宽且合脚的鞋，或者使用振动鞋垫和支撑性鞋垫有助于改善老年人身体稳定性；鞋底跷度过大、硬度过小可能对老年人身体稳定性存在不利影响。研究结果可为老年人合理选鞋及企业鞋具设计制造以预防跌倒提供理论依据。

摘要:有限元法以其高效、精确、可重复利用等特点成为生物力学研究的有效工具。由于足踝部位复杂的解剖结构和运动特性，有限元法可以借助强大的仿真建模和数据计算能力解决真实实验难以解决的问题，具有独特的优势并得到了广泛应用。本文归纳整理了近5年来国内外应用有限元法研究足踝生物力学问题的文献资料，从足踝在不同运动状态下的生物力学分析、组织特性研究、临床治疗分析以及支具与鞋的研究4个方面进行综述，为足踝生物力学的研究提供理论参考，并对未来有限元法在足踝生物力学领域的应用发展提供新思路。

摘要:根据口腔黏膜所在的部位和功能可将其分为咀嚼黏膜、被覆黏膜和特殊黏膜。口腔咀嚼黏膜包括硬腭和牙龈黏膜，承受咀嚼压力和摩擦，在义齿修复中发挥十分重要的作用。研究口腔咀嚼黏膜的生物力学情况有助于更好地理解和解决与口腔咀嚼黏膜相关的临床问题。本文从解剖生理分析、生物力学特性（应力-应变曲线、泊松比、摩擦因数）、临床意义3个方面对口腔咀嚼黏膜的生物力学研究进展进行综述，以期为口腔修复学相关领域的研究提供进一步理论依据。