摘要:

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摘要:细胞力学研究在近年来迅速发展，揭示了细胞如何通过感知和响应外界力学环境来调节其功能和行为。2023年，细胞力学领域在理解细胞自身的力学特性、对固体和流体环境的力学感知、在动态力学条件下的适应性方面取得了显著突破。同时，先进的测量技术和力学模型为研究提供了新的工具。这些成果加深了对生理和病理过程的认识，并为疾病的诊断、预防和干预手段提供新的思路。本文综述了2023年度华人学者在细胞力学领域的研究进展，探讨其在不同生物过程中所展现的力学机制。

摘要:T细胞是获得性免疫的核心之一，T细胞受体（T cell receptor, TCR）对抗原的特异性识别是启动抗肿瘤、抗病毒免疫应答的关键过程。近年来的研究表明力在T细胞免疫反应中起着重要的调控作用，为力学免疫学这一新兴领域奠定了基础。本文重点讨论力协助TCR区分特异性抗原和自身非特异性抗原的机制，以及力在启动TCR跨细胞膜信号传导及触发T细胞激活过程中发挥的关键作用。总结了力学免疫学研究中新的生物物理单分子工具和先进的成像技术，这些工具的能够在分子和细胞尺度上深入揭示力作用的重要性。本文基于国内外专家团队的研究成果，并结合本团队研究工作，对力在T细胞功能中的作用进行总结探讨，为深入理解力学免疫学领域的前沿热点和探索新的研究方向提供系统框架。

摘要:目的 阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法 使用共聚焦显微镜动态成像技术，捕捉伪足断裂过程中肌动纤维与细胞膜的变形行为。基于圆柱面界面破坏理论模型，研究伪足断裂过程中界面破坏的力学机制。基于分子动力学模拟方法模拟了伪足断裂过程，并将模拟结果与理论预测结果比较。开发了具有拉伸扭转耦合运动性质的肌动纤维有限元模型，模拟分析有无细胞膜包裹下肌动纤维在拉伸载荷下的扭转行为。结果 理论分析表明，界面破坏的临界载荷与界面裂纹长度之间存在指数关系。临界载荷随着界面强度的增加而增加。纤维截面尺寸对临界载荷的影响与界面裂纹长度有关，在较短和较长尺寸的裂纹下表现出不同的影响。有限元分析表明，细胞膜约束了肌动纤维拉伸过程中的扭转运动。结论 本研究揭示了细胞伪足断裂的力学过程和肌动蛋白纤维与细胞膜界面破坏的力学机制，为探究细胞外囊泡释放等与伪足断裂相关的细胞行为机制提供定量的理论支持。

摘要:目的 探讨未成熟树突状细胞（immature dendritic cells, imDCs）发挥抗原吞噬功能时关键微丝骨架结合蛋白（microfilament cytoskeleton-binding proteins, MCBPs）的差异表达情况。方法 从健康人外周血中分离单核细胞（monocytes, MOs），经重组人粒-巨噬细胞集落刺激因子（Recombinant human granulocyte-macrophage colony stimulating factor, rhGM-CSF）、重组人白介素-4（Recombinant human interleukin-4, rhIL-4）诱导培养6天获得imDCs；将imDCs与低分子量（40 kDa）和高分子量(150 kDa)的右旋糖酐分别孵育1 h、3 h和6 h，流式细胞仪检测imDCs吞噬右旋糖酐的比率及免疫表型分子的表达；免疫荧光检测丝状肌动蛋白（filamentous actin，F-actin）及PFN1、WASP、α-actinin在细胞中的定位情况；qPCR和Western blotting分别检测MCBPs在mRNA和蛋白水平的表达差异；最后，基于系统生物学算法中的逐步回归和主成分分析方法筛选成分系数最大的MCBPs。结果 在吞噬抗原的过程中，imDCs对低分子量抗原的吞噬速度更快，吞噬时长可维持约3 h，其细胞表型和细胞形态逐渐向mDCs分化，且F-actin发生明显的重塑，PFN1、CDM、WASP、CAPZB、Filamin A、α-actinin等MCBPs的表达下调，WAVE1、Arp2/3 复合体、Fascin的表达上调；信号蛋白Rac1的mRNA表达上调，CDC42和RhoA的mRNA表达下调；免疫荧光结果显示，PFN1、WASP、α-actinin在imDCs吞噬抗原过程中发生转位；逐步回归和主成分分析结果显示PFN1的成分系数最大。结论 PFN1可能是imDCs吞噬抗原过程中的关键MCBPs，这对于深入理解imDCs细胞骨架结构变化与免疫学功能之间的关系具有重要意义。

摘要:目的 阐明局部梯度流体剪应力（fluid shear stress, FSS）是否会造成胞内Ca2+浓度梯度的特异性分布，并最终决定细胞的迁移方向。方法 利用COMSOL软件对流动腔内FSS分布进行数值模拟。建立FSS作用下破骨前体细胞RAW264.7胞内Ca2+染色方法，并对细胞施加梯度FSS，定量分析胞内Ca2+浓度分布和动态变化以及细胞迁移参数。 结果 破骨前体细胞更倾向于向低FSS区域迁移，且振荡流会调节细胞内Ca2+沿细胞迁移方向分布，当阻断力敏感阳离子选择性通道、磷脂酶C、内质网钙信号通路和清除细胞外钙后，细胞向低FSS方向的迁移速度显著降低，但是沿液体流动方向的迁移速度显著增强。同时，细胞沿液体流动方向的Ca2+分布显著升高。结论 梯度FSS作用下，破骨前体细胞可以感受到这种梯度效应，且胞内Ca2+沿迁移方向的特异性分布，最终导致破骨前体细胞向低FSS区域迁移。研究结果为最终阐明动态外力作用下骨组织重建的细胞和分子机制提供了较为重要的基础数据。

摘要:目的 探究虾青素对小鼠压力性损伤创面修复作用。方法 体外实验：用不同浓度虾青素处理成纤维细胞，通过 CCK-8 检测细胞的增殖活性。随后通过缺氧/复氧诱导成纤维细胞损伤，给予最适浓度虾青素，用DHE荧光探针检测细胞内活性氧水平，RT-qPCR检测细胞内 TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10、TGF-β 的 mRNA表达。体内实验：将两块圆形磁铁对称吸附于小鼠皮肤两侧，5 h后移除磁铁，以构建压力性损伤模型。随后分组灌胃等量的生理盐水、低剂量虾青素（10 mg/kg）与高剂量虾青素（20 mg/kg），定期采集创面图像。治疗7 d后，统计创面愈合率，并采集创面组织进行组织病理学染色。结果 体外：应用虾青素后，缺氧/复氧损伤成纤维细胞内DHE荧光强度显著降低，TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA表达水平明显下调，TGF-β、IL-10 mRNA表达显著上调（P<0.05）。体内：高剂量虾青素组创面愈合率显著提高，DHE荧光强度显著降低，创面组织TNF-α、IL-6明显减少，TGF-β、IL-10明显增多（P<0.05）。结论 虾青素可显著改善氧化应激，减轻炎症反应，对压力性损伤创面具有保护作用。

摘要:目的 考虑血管重构和低密度脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL）沉积，探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势，以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法 建立分叉血管理想化模型，用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切应力分布。在低切应力区域截取7个截面：截面1 ~ 3为斑块生成前边支的低切应力区域；截面4、5为斑块上、下游边缘；截面6、7为斑块下游低切应力区域。模拟截面内血管重构和LDL沉积，讨论斑块的生长和发展趋势。结果 截面1~3中，截面2产生了明显的负性重构和最高浓度LDL沉积（102.266 mmol/L），说明此处是动脉粥样硬化斑块的起始位置。当斑块产生后，相比于截面4，截面5产生了更明显的血管重构，并造成管腔的狭窄和最高的沉积浓度（110.17 mmol/L），说明斑块有向下游偏心生长的趋势。相比于截面6，截面7（血液流动分离再附着点）产生了更明显的负性重构和最高的沉积浓度（93.851 mmol/L），说明血液流动分离再附着点附近有生成新斑块的可能。结论 边支低切应力处产生明显血管重构导致管腔狭窄，并引发LDL的高浓度沉积，形成动脉粥样硬化斑块。其中，分叉血管的外侧壁为动脉粥样硬化斑块生长的起始位置。在斑块生长后斑块有向下游发展的趋势，在流动分离再附着点有形成继生斑块可能。

摘要:目的 针对生物可降解血管支架植入后产生的晚期支柱血栓问题，建立随机有限元模型，从分子量和应力角度进行生物力学分析。方法 建立以聚乳酸（poly lactic acid，PLA）高分子材料为例的可降解血管支架降解过程的数学模型，利用COMSOL软件将数学模型导入并完成有限元模型的构建；对有限元模型进行随机化处理，分析不同随机参数和标准差下对分子量的影响以及降解过程中的应力分布。结果 可降解聚合物血管支架在人体的降解过程中，随机变量Mn0和8%标准差对分子量分布的影响最为显著；参数随机化会导致聚合物血管支架降解过程中断裂强度的分布范围更广，最小值更低。结论 聚合物血管支架材料中分子量分布的不均匀性导致支架不同位置上的力学性能差异，进而引起材料内部的应力集中现象，最终导致支架在降解过程中发生非均匀破碎，成为后期支架血栓形成的决定性因素。研究结果为下一代可降解血管支架设计提供理论指导。

摘要:目的 探究机器学习在合并狭窄左冠状动脉瘤血流动力学参数预测中的应用。方法 首先根据临床统计的合并狭窄左冠状动脉瘤几何参数范围进行参数化建模和仿真，将得到的仿真数据作为数据集，通过搭建两种常见的机器学习模型并训练优化，对壁面剪切力（wall shear stress, WSS）和压力这两个关键的血流动力学参数进行预测反演。通过对比分析这些模型在训练集和测试集上的表现，评估各个模型的准确性，验证数据驱动下合并狭窄左冠状动脉瘤血流动力学参数预测的有效性。结果 确定了机器学习方法在动脉瘤血流动力学参数反演的有效性。对于WSS预测，训练后深度学习模型和随机森林模型的均方误差（mean squared error，MSE）、平均绝对误差（mean absolute error，MAE）、决定系数R2分别达到了0.052 8、0.032 2、0.988 3和0.078 2、0.046 3、0.976 6。对于压力预测，深度学习模型和随机森林模型预测精度相当，MSE、MAE、R2分别为4.67×10-6、3×10-4、0.999 7和1.07×10-5、5×10-4、0.999 3。结论 机器学习方法在预测合并狭窄冠状动脉瘤模型的血流动力学参数方面表现出较高的精度，在进行机器学习预测时需要综合考虑模型的预测准确性、计算效率以及应用场景的需求，根据具体情况选择合适的模型。研究解蛊具有一定的临床意义，有助于医生更准确地评估患者病情，为心血管疾病的诊疗提供新思路和方法。

摘要:目的 依据临床手术统计实例，探究双开窗分支支架不同深度植入病变胸主动脉后血流场的影响。方法 建立胸主动脉、胸主动脉覆膜支架以及分支血管覆膜支架，采用有限元计算方法，对分支支架不同深度（5、10、15 mm）植入病变主动脉进行分析，借助体外测速实验平台，进行实验验证。结果 分支支架不同深度植入胸主动脉对维持血流场稳定灌注存在一定规律，其中D10-5组（左颈总动脉分支支架、左锁骨下动脉分支支架植入深度分别为10、5 mm）的分支血管血流灌注率处于良好水平，TAWSSmax为最低水平的44.94 Pa，为仿真结果最优组。结论 保持左锁骨下动脉分支支架植入胸主动脉较短的情况下，适当增加左颈总动脉分支支架植入主动脉的深度，可以获得更为稳定的血流场。研究结果为临床双开窗技术实践提供理论参考。

摘要:目的 建立并验证一种基于显微磁共振成像（micro-magnetic resonance imaging, μMRI）和微结构分割无创评估股骨近端微观力学行为的生物力学建模方法。方法 首先，对股骨样本进行μMRI，基于分区域图像处理的方法分割骨微结构，建立μMRI微有限元模型（μMRI模型），模拟侧向跌倒姿态进行有限元分析，计算应力和应变。其次，借助显微CT（μCT），验证μMRI图像分割骨微结构的准确性；基于μCT构建有限元模型（μCT模型），验证μMRI模型计算结果的准确性。最后，通过模拟侧向跌倒的离体力学加载实验和应变片测量，验证μMRI模型计算骨表面应变的准确性。结果 μMRI模型与μCT模型计算得到的骨微结构参数BV/TV显著相关（r=0.89, P<0.05），μMRI模型和μCT模型计算得到的最大和最小主应力/主应变百分位数高度相关（R2>0.9）。μMR模型计算得到的应变与力学实验测量的应变高度相关（R2=0.82）。结论 基于μMRI分割骨微结构建立的股骨近端微有限元模型可较为准确地表征股骨近端微观力学行为，研究结果为在体无创评估髋部股骨微结构退变和骨质疏松性骨折风险提供重要工具。

摘要:目的 评估人工踝关节INBONE Ⅱ和INFINITY全踝关节置换术（total ankle arthroplasty, TAA）后生物力学特征差异，为患者提供更加科学和个体化的治疗选择。方法 基于骨肌（musculoskeletal, MSK）多体动力学（multibody dynamics, MBD）软件AnyBody，建立患者个体化TAA下肢MSK MBD 模型。预测踝关节接触力、踝关节运动和人工踝关节关节面接触特征。结果 人工踝关节关节面几何形状对踝关节接触力没有显著影响，但会对活动度和关节面接触特征造成影响。相比于INBONE II，INFINITY 冠状面关节面弧高较低，内翻-外翻和外旋-内旋运动分别增加7.91%和2.61%；矢状面匹配度较低，后移-前移和下移-上移运动分别减小 21.75%和21.23%，内移-外移运动增加 49.26%；INFINITY匹配度较低，内侧、外侧和总关节面接触面积分别减少18.48%、30.42%和26.36%，但接触压力中心运动轨迹集中在距骨组件边缘内侧，避免边缘接触应力集中，降低关节脱位和胫骨衬垫过早磨损的风险。结论 INFINITY型人工踝关节更小的几何限制，表现出更好的生物力学性能，更有利于恢复术后踝关节运动功能。

摘要:目的 研究分别植入径向和轴向功能梯度材料（functionally graded materials，FGM）踝关节假体后，胫骨假体与胫骨远端松质骨的力学响应。方法 使用3种FGM，分别为钛合金-生物活性玻璃复合FGM（FGM-I）、钛合金-理想骨弹性材料复合FGM（FGM-II）、钛合金-羟基磷灰石复合FGM（FGM-Ⅲ）。建立全踝关节置换三维有限元模型，利用仿真软件ABAQUS基于Fortran进行二次开发，通过改变体积分数，在轴向和径向上调整所建功能梯度胫骨假体的力学特性。分析FGM轴向和径向胫骨假体植入后，在站立位工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布。结果 与钛合金胫骨假体相比，3种FGM均可有效减小胫骨假体上的应力集中，其中FGM-Ⅲ胫骨假体总体效果优于FGM-I和FGM-II胫骨假体，且相对于轴向分布而言，FGM沿径向分布可以有效降低假体的最大von Mises应力。对于胫骨松质骨，3种FGM径向胫骨假体和FGM-Ⅲ轴向胫骨假体均能有效增加其远端应力，从而减轻松质骨上的应力遮挡，其中FGM-Ⅲ径向胫骨假体最为有效地改善了松质骨上的应力水平。结论 FGM-Ⅲ径向踝关节假体可以有效降低假体上的应力集中现象并减小应力遮挡效应，以此达到延长假体寿命的目的，具有潜在的应用前景。

摘要:目的 评估关节后囊损伤愈合不同阶段，肘关节内部软组织的力学行为。方法 建立考虑肌肉主动行为的肘关节有限元模型，模拟肘关节在无损伤和关节后囊损伤后2、4、6、8周时屈曲运动，分析关节囊、尺骨软骨和韧带von Mises等效应力变化。结果 无损伤以及损伤后2、4、6、8周时，关节囊在肘关节屈曲60°时应力分别为8.23、7.87、8.27、8.99、10.5 MPa。在肘关节屈曲30°时，与无损伤相比，损伤后2、4、6、8周时尺骨软骨应力分别为增加13.0%、28.3%、41.3%和45.7%。与损伤后2周相比，损伤后4周时桡侧副韧带在屈曲15°、30°、45°、60°、75°时应力分别减少12.5%、22.2%、13.6%、3.2%和10.6%。结论 研究结果可为关节囊挛缩的预防和治疗以及康复辅具的开发提供理论依据。

摘要:目的 探讨责任节段减压联合矫形固定短节段融合手术在退变性腰椎侧弯中的疗效。方法 退变性腰椎侧弯患者124例，采用随机数字表法分为短节段和长节段融合组，每组62例。短节段融合组经后路短节段减压固定融合，融合节段为相邻腰椎；长节段融合组经后路长节段减压固定融合，融合节段为相邻多个腰椎。术后6个月，比较两组冠状面腰椎侧凸Cobb角、矢状面腰椎前凸Cobb角、椎间孔高度、椎间隙高度、椎间孔面积、椎管面积、椎管直径、日本矫形外科协会（JOA）评分、Oswestry功能障碍指数（ODI）、腰背部及下肢的疼痛程度及术后并发症。结果 术后6个月，短节段融合组和长节段融合组患者的冠状面腰椎侧凸Cobb角较术前均减小，矢状面腰椎前凸Cobb角较术前均增大（P＜0.05）。术后6个月，短节段和长节段融合组患者的椎间孔高度、椎间隙高度、椎间孔面积、椎管面积及椎管直径均增加，短节段融合组高于长节段融合组（P＜0.05）。术后6个月，短节段和长节段融合组患者JOA评分较术前均升高，短节段融合组高于长节段融合组（P＜0.05）；短节段和长节段融合组患者ODI评分较术前均降低，短节段融合组低于长节段融合组（P＜0.05）。术后6个月，短节段和长节段融合组患者腰背部及下肢的疼痛程度评分较术前均降低（P＜0.05）。长节段融合组术中椎板硬脊膜黏连所致减压过程中硬脊膜撕裂2例，短节段融合组未监测到严重并发症。结论 经后路短节段减压固定融合与长节段减压固定融合在退变性腰椎侧弯的治疗上均可取得良好的疗效，而短节段融合组经后路短节段减压固定融合术的手术时间较短，术中出血量较低，腰椎功能恢复状态更优，且术后并发症的发生风险更低。

摘要:目的 通过有限元方法分析多种手法治疗胸腰椎骨折(A3)，探讨复合手术法治疗胸腰椎骨折(A3)可行性及优势。方法 通过对胸腰椎骨折(A3)进行三维重建，在模型上分别采用模拟过伸体位复位、单纯按压复位、过伸体位下按压复位以及复合手法进行加载，观察模型的应力分布以及骨折椎体位移情况。 结果 复合手法等效应力为111.88 MPa，大于其他手法，且复合手法的应力更能集中于椎体前柱以及中柱；复合手法应力峰值为122.53 MPa，大于其他手法，集中分布于骨折椎体的骨折区域；复合手法骨折位移为3.94 mm，大于其他手法，位移分布由后柱向前中柱递减；复合手法下骨折椎体前纵韧带、横突间韧带应力最大，而过伸体位复位、单纯按压复位、过伸体位下按压复位，关节囊韧带的应力最大。结论 复合手法治疗胸腰椎骨折（A3）相对于其他手法复位具有明显优势，是当前治疗胸腰椎骨折（A3）的合理方案。

摘要:目的 基于头尾周期性载荷及人工椎骨研究腰椎椎弓根螺钉矢状面方向与螺钉松动之间的相关性，为改善术中螺钉置入方向以减少术后螺钉松动发生率提供参考。方法 分别以头倾、平行及尾倾3种方向将腰椎椎弓根螺钉置入人工椎骨内，并将其安装于材料试验机中，而后予装置1 00N预载荷和166 N循环载荷（循环周期为10 000次）。在加载过程中记录相应位移并绘制循环位移曲线。加载完毕后旋出螺钉，并测量螺钉孔洞体积，计算螺钉孔洞体积比值（螺钉孔洞体积与螺钉置入椎骨内体积的比值）。结果 循环位移曲线结果显示，头倾组中位移最大，其次是平行组，而尾倾组最小。螺钉孔洞体积比值结果显示，头倾组的比值最大，其次为平行组，最后是尾倾组。相关性分析结果显示，螺钉矢状面方向与末端位移（第10 000周期时对应的位移）（P=-0.897, P=0.02）和螺钉孔洞体积比值（P=-0.902, P=0.01）都存在负相关性。结论 腰椎椎弓根螺钉矢状面方向与螺钉松动之间存在负相关，即当螺钉矢状面方向在一定角度范围内由头倾朝平行及尾倾方向调整时，螺钉的松动程度呈现减小趋势。

摘要:目的 建立健康志愿者、髋关节发育不良（development dysplasia of the hip，DDH）患者手术前后股骨-骨盆-腰椎模型，研究弧形髋臼截骨术对腰椎生物力学影响。方法 利用CT扫描获取4名DDH患者手术前后以及1名健康志愿者股骨-骨盆-腰椎DICOM数据，构建三维有限元模型。在Geomagic中采用偏移命令划分皮质骨与松质骨，在SolidWorks中添加腰椎软骨、骶髂关节、耻骨联合等软骨，在ANASYS中对模型进行有限元分析，步态为慢走中的单腿支撑中期相。分析对比DDH患者手术前后腰椎生物力学变化，将患者术后腰椎生物力学数据与健康志愿者进行对比。结果 建立了4组患者和1组健康志愿者股骨-骨盆-腰椎模型，模型在各工况下结果均在所参考的文献范围内，证明模型有效。患者术后腰椎、股骨颈、纤维环与髓核所受应力远小于患者术前的状态，患者术后腰椎、股骨颈、纤维环与髓核所受应力与健康志愿者相近。结论 弧形髋臼截骨术在治疗DDH后会显著降低腰椎、椎间盘所受应力，纤维环与髓核受力也更加均匀，说明弧形髋臼截骨术会将患者调整到健康状态。研究结果为临床治疗DDH提供了生物力学依据，有助于优化手术方案。

摘要:目的 了解中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征差异，为脊柱侧弯的筛查、评估、治疗和评价预后提供科学依据。方法 选取30例中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯为AIS组，30例同龄健康女性青少年为对照组，采集静态平衡足底压力数据，比较分析两组足底压力分布特征。结果 足底压力特征方面，AIS组左、右足的平均压力（P＜0.05）和后足压力（P＜0.05）均显著大于对照组，前足压力均显著小于对照组（P＜0.05），双足对称性指数（symmetry index，SI）显著大于对照组（P＜0.05）。AIS组左足的足中内侧区和第1脚趾区足底压力显著大于对照组（P＜0.05），第1、2、3、4、5跖骨区足底压力显著小于对照组（P＜0.05）；AIS组右足的足跟内侧区和第1脚趾区足底压力显著大于对照组（P＜0.05），足中外侧区、第3、4、5跖骨区和第3、4、5脚趾区足底压力显著小于对照组（P＜0.05）。足底压力中心（center of pressure，COP）方面，AIS组足底COP轨迹长度、95%信赖区间椭圆面积、COP左-右移动最大距离（COP-X）和 COP前-后移动最大距离（COP-Y）均显著大于对照组（P＜0.05）。结论 中度Lenke 3CN型AIS患者与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征存在显著性差异，足部压力会偏向侧弯凸侧，双足的对称性、稳定性较差，平衡控制能力较弱。

摘要:目的 使用可穿戴惯性传感器（inertial measurement unit，IMU）技术和随机森林（random forest，RF）算法检测长距离背包负重行走的疲劳水平，探究负重行走疲劳检测的可行性和最佳IMU组合方案。方法 招募30名健康男性大学生进行长距离背包负重行走。应用Xsens MVN Link惯性运动捕捉系统和Borg-RPE疲劳量表采集负重行走的运动学数据和主观疲劳值，将疲劳分为无疲劳、中度疲劳和重度疲劳3个等级。提取原始数据，进行步态分割、数据筛选和特征提取，利用RF模型对样本特征进行机器学习，最后计算准确率、精确率、混淆矩阵和受试者工作特征曲线下面积（area under the curve，AUC）对不同IMU组合的检测效果加以评定。结果 1个右股骨IMU准确率达到82.55%，5个IMU组合的准确率最高，为87.94%。在多个IMU的组合中，至少包含1个上半身IMU，且左侧肢体的IMU多于右侧。同时，RF模型对负重步行的疲劳检测具有较高的水平，使用4个IMU时，3级疲劳的AUC分别为0.99、0.97和0.99。结论 IMU技术和RF算法在背包负重行走的3级疲劳检测任务中具有较高的准确率和分类能力。在实际应用中推荐采用1~5个IMU，上半身IMU和下肢IMU结合的配置方案。

摘要:目的 探讨单侧功能性踝关节不稳（functional ankle instability, FAI）人群在连续纵跳（continuous vertical jump, CVJ）落地过程中的下肢生物力学特征以及下肢偏侧性，并与健康人群进行对比。方法 选取14名单侧FAI男性作为实验组，匹配14名无踝关节损伤男性为对照组，两组均执行30次CVJ落地任务。运用Vicon和Kistler设备分别对两组受试者在第1、15、30次CVJ落地过程中的下肢运动学、动力学特征进行同步采集，对数据采用2×3混合方差分析。结果 FAI患者在执行CVJ落地任务时，患侧肢体与健康人群的运动学、动力学特征无明显差异，但在vGRF峰值SI上表现出更高的偏侧性。尽管随着跳落任务次数的增加和疲劳程度的上升，人体会调整下肢动作模式，但这种调整似乎并未对影响FAI患者侧下肢的生物力学特性和下肢偏侧性产生明显影响。结论 研究结果为预防FAI人群踝关节反复扭伤或者伤后重返赛场前的康复训练提供理论依据。在FAI患者的康复训练中应重视纠正下肢偏侧性，以减少潜在的长期损伤风险，并考虑生物力学适应性以实现全面康复。

摘要:目的 研究老年人以优势腿或非优势腿跨越不同高度障碍时的跌倒风险，为老年人跨越障碍防跌倒措施的开发提供参考。方法 16名老年人分别以优势腿和非优势腿随机跨越15%、30%、45%腿长高度的障碍，使用三维动作捕捉系统和三维测力台记录运动学与动力学数据。结果 老年人使用非优势腿跨越障碍时，30%腿长高度的后腿前后方向动态稳度显著小于15%腿长高度（P＜0.05，Cohen’s d =0.628）；后腿垂直足趾间隙显著小于优势腿跨越（P=0.041，Cohen's d=0.516），前腿垂直足趾间隙（P＜0.001，Cohen's d=0.685）、前腿前后足趾间隙（P=0.043，Cohen's d=0.616）显著大于优势腿跨越。结论 相较于使用优势腿跨越，老年人使用非优势腿跨越时在障碍前的前后方向身体稳定性较差，跌倒风险更大；在跨越不同高度障碍时，后腿被障碍绊倒的风险更大。

摘要:目的 观察12周普拉提及躯干力量训练对慢性非特异性腰痛（chronic non-specific lowback pain，CNSLBP）女大学生疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）、腰部功能障碍评分（Roland-Morris disability questionnaire，RMDQ）及躯干屈伸肌力和动态平衡能力的影响，为CNSLBP女大学生制定康复干预方案提供实践依据。方法 将45名CNSLBP女大学生随机分为普拉提组22名（n=22）和力量训练组（n=23）。运动干预前后测试所有受试者VAS、RMDQ评分及躯干屈伸肌力和动态平衡能力。结果 与运动前比较，经过12周不同运动干预，力量训练组及普拉提组CNSLBP女大学生VAS及RMDQ分值均显著下降；角速度30°/s、90°/s下两组伸肌峰力矩（extensor peak torque，EPT）和角速度90°/s下普拉提组躯干屈肌峰力矩（flexor peak torque，FPT）均显著增加，角速度30°/s、90°/s下屈/伸肌峰值力矩比（F/E）均显著下降。睁眼状态下，仅普拉提组NSLBP女大学生前后方向稳定指数（anterior/posterior stability index，APSI）显著下降；闭眼状态下，普拉提组NSLBP女大学生APSI、总体稳定指数（stability index，SI）、左右方向稳定指数（medial/lateral stability index，MLSI）均显著下降，力量训练组仅APSI显著下降。12周运动干预后，与力量训练组比较，普拉提组VAS和角速度30°/s、90°/s下F/E均显著下降，角速度30°/s、90°/s下躯干EPT显著增加。闭眼状态下，普拉提组SI、APSI及MLSI均显著低于力量训练组。结论 与躯干力量训练比较，普拉提运动可显著增强及平衡NSLBP女大学生躯干屈伸肌力，增强闭眼状态下动态平衡能力，改善CNSLBP女大学生下腰背痛。

摘要:目的 量化运动性疲劳（exercise-induced fatigue，EIF）前后运动员进行收腹起跳阶段中的下肢肌肉协同特征，揭示EIF对运动员收腹起跳阶段下肢肌肉协同特征的影响。 方法 比较10名田径专项班二级男性运动员EIF干预前后收腹起跳阶段的下肢表面肌电数据，分析EIF前后肌肉协同结构，采用配对样本t检验方法比较EIF前后协同参数的差异。 结果 EIF前后均提取出2个协同元，且存在肌肉协同结构的交替激活。EIF后，协同元2的激活程度显著下降，从53.21±7.90降至43.44±10.23，协同元1无显著变化。EIF后协同元1的股直肌贡献度显著增加，从0.37±0.04增至0.44±0.07，半腱肌贡献度显著降低，从0.13±0.05降至0.08±0.05。 结论 在收腹起跳中，随EIF增加，下肢各肌肉协同元的激活程度降低，协同元1中吸收地面反作用力的股直肌贡献程度增加,提示股直肌存在拉伤风险，应加强预防股直肌损伤。

摘要:目的 探索跆拳道后横踢动作膝关节的肌肉发力特征。方法 通过DaeDo电子打分系统并配合Vicon光学动作捕捉系统、Kistler三维测力台，采集12名高水平竞技跆拳道运动员后横踢动作运动学和动力学数据，通过OpenSim软件进行模拟，计算膝关节的肌肉力、关节力矩、关节刚度及肌肉协同工作模式。结果 进攻腿在提膝和击打时刻膝关节冠状轴力矩较大，矢状轴力矩在击打时刻达到峰值；支撑腿在提膝时刻膝关节冠状轴力矩最高，矢状轴力矩在击打时刻达峰值。进攻腿半膜肌和股二头肌长头在击打时段力量较大，支撑腿半膜肌和腓肠肌内侧头则在回收时段力更大。跆拳道后横踢动作中存在5种肌肉协同模式。结论 后横踢动作运动员执行后横踢动作时，进攻腿、支撑腿的膝关节肌群肌肉力、关节力矩等存在较大差异，肌肉之间存在复杂的协同关系。

摘要:目的 通过再现真实交通事故案例探究3岁儿童乘员碰撞损伤机制。方法 应用车辆有限元模型和图斯特3岁儿童乘员损伤仿生模型（TUST IBMs 3YO-O），再现CIREN数据库中的交通事故案例，通过综合分析Δv、车辆质量和变形能反求碰撞前车辆的速度，设置碰撞仿真试验再现案例所描述的儿童乘员损伤，分析损伤机制。结果 TUST IBMs 3YO-O模型完整地再现出碰撞事故中儿童乘员的损伤。儿童乘员头部运动学响应与生物力学响应表现出差异性，儿童乘员胸腔内部组织器官生物力学响应表明其没有出现损伤，但是胸部3 ms合成加速度达到54 g，超出阈值。结论 未来乘员安全评价需要引入生物力学参数。应用高生物逼真度的人体生物力学模型再现交通事故中乘员损伤，不仅更加清晰观察事故中乘员的运动学响应，深度分析碰撞损伤机制，还为数字化评估提供参考依据，也将为儿童乘员保护装置研发和安全法规制订提供参考。

摘要:目的 提出一种协作机器人基体+线控微细变路径机器人末端执行系统耦合的精准微细微创机器人系统，本文设计了包含外针的刚性体、内针的非均匀柔性体、力控线、像纤内部成像等部件的穿刺进针结构，验证此系统的可行性。方法 通过搭建穿刺机器人穿刺进针结构实物，对影响变路径精准穿刺针关键部件进行结构优化设计分析，基于正交实验设计方法设计主要影响穿刺针精准性的孔中心距边缘起始距离、开孔直径、两孔之间距离3因素3水平实验，并结合实物进行实验验证与仿真。结果 记忆合金变路径穿刺针尖端位移量与孔中心距边缘的起始距离关系较大，影响的主次因素为孔中心距边缘起始距离>孔开口>孔距。当孔中心距边缘起始距离为1 mm、开孔直径为0.2 mm、两孔之间距离为2.6 mm时，穿刺针尖端位移量取最大值。结论 实验验证了设计系统的功能适用性和变路径穿刺的线弹性滞后特性，为进一步活体实验和系统优化提供借鉴。

摘要:细胞力传感器在卵泡正常发育过程中发挥着重要作用，它由整合素、黏着斑、信号通路和细胞骨架组成。在卵泡发育过程中，细胞力传感器能将力学刺激转化为生化信号，激活信号通路，使细胞骨架响应刺激，促进生殖细胞迁移、减数分裂和排卵。本文从力传感器在卵泡发育中的作用和相关信号通路等两方面探讨卵泡发育作用机制，为卵泡发育的深入研究提供新思路。

摘要:机械通气为呼吸危重症患者提供生命支持，但也引起致命的肺损伤（ventilator induced lung injury, VILI），后者因病理机制不明一直是呼吸与危重症学科的重大难题。近年的研究发现，一方面VILI伴随同一气道多点塌陷现象，但这一现象很难用传统塌陷模型加以解释。另一方面，机械通气条件下气道平滑肌细胞（airway smooth muscle cells, ASMC）发生力学行为异常并伴随Piezo1表达变化和内质网应激等现象。这些现象显示，机械通气导致ASMC的力学行为异常与气道多点塌陷以及VILI密切相关。但要从细胞力学角度解释机械通气导致气道塌陷和VILI的机制，还需要系统深入地研究机械通气条件下ASMC力学行为变化规律与气道塌陷和肺损伤的相互关系及其力-化学信号耦合过程。本文综述了近期有关机械通气条件下气道塌陷现象、机械通气相关高拉伸对ASMC力学行为的调控及力-化学信号耦合机制等方面的研究进展，以期为进一步探索ASMC力学行为异常在VILI病理机制中的作用、有效防治VILI的新药干预靶点，以及临床优化的机械通气策略等提供重要的参考依据和启发性的研究思路。

摘要:前交叉韧带重建（anterior cruciate ligament reconstruction, ACLR）是恢复患者原有活动水平的首选治疗方法。单腿落地反跳动作不仅可以识别高风险运动策略，而且能为ACLR康复过程提供标准。本文通过中国知网、PubMed、Embase等数据库对“单腿落地反跳”“前交叉韧带重建”“生物力学”进行组合检索，总结ACLR术后单腿落地反跳生物力学变化及相关干预方法。研究结果有助于ACLR术后调整康复策略，避免二次损伤的高风险动作。通过分析ACLR术后单腿落地反跳动，能指导临床医生、康复治疗师制定和调整康复治疗计划，提高ACLR术后康复效率，帮助患者早日重返运动。