摘要:

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摘要:人工心脏经过几十年的发展，已逐步发展为当前的磁悬浮血泵，实现了产品植入胸腔以及大规模临床应用的革命性进步，成为治疗心衰这一世界重大卫生公共问题的有效手段。尽管如此，高达89%的患者5年内因胃肠道出血、中风、感染、血泵功能异常等问题再次入院。因此，需要继续研究多种血液成分的血液损伤机制；持续发展并综合运用数值模拟、体外台架测试、动物实验等手段，更全面的评价血泵性能；要继续对人工心脏进行创新设计来改善血液相容性、满足不同患者群体的需要和提升患者生活质量。本文回顾了2024年国内外血泵评价和设计方法的研究进展，包括血液损伤机制的研究进展；利用数值模拟、体外台架测试和动物实验评价血泵性能的研究进展；血泵优化设计、新概念血泵和生物涂层的研究进展，以期助力人工心脏的研发，进一步提高其临床治疗效益。

摘要:人工心脏作为终末期心力衰竭患者的重要治疗手段，其临床应用取得了显著成效。然而，由于机械泵血装置与血液直接接触，人工心脏的临床使用伴随着血栓形成和出血等血液损伤相关并发症，这些问题显著影响患者的治疗效果与预后。本文首先系统综述人工心脏引发血液损伤的机制，包括非生理剪切力导致的血小板激活、止血蛋白（如vWF）降解及血小板受体损伤的生物力学过程。然后，详细总结现有的血栓风险评估模型，包括血液淤积模型、血小板活化模型，以及基于凝血因子与止血蛋白动态变化的复杂数学模型。这些模型通过预测人工心脏诱导的血栓高风险区域，可为人工心脏设计优化和并发症防控提供指导。最后，介绍新近提出的人工心脏所致出血风险评估模型，出血风险模型与血栓风险模型相结合，可以构建更为全面的血液损伤评估系统模型。通过综述当前研究现状，旨在为人工心脏相关血液损伤的评估与预测提供参考，助力改善人工心脏血液相容性，提升人工心脏的安全性与临床疗效。

摘要:目的 探究不同类型人工主动脉瓣膜的偏心放置对瓣后流场的影响。方法 建立体外脉动循环模拟系统，利用粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）实验分别研究生物瓣和机械瓣在居中放置（0 mm）及偏心放置（1 mm）两种情况下瓣后流场变化，通过速度、涡度及黏性剪切应力血流动力学参数对流场状态进行评估。结果 通过分析瓣膜在收缩早期、加速期、峰值期及减速期4个特征时刻的流场变化，发现生物瓣和机械瓣的流场分布存在显著差异，生物瓣为中心射流左右对称，流速较大；机械瓣呈现三孔射流，中心流速较低。在偏心放置的情况下，两种瓣膜窦部区域血流缓慢，平均流速降低，不利于涡流的形成和维持。心动周期峰值期生物瓣和机械瓣窦部最大黏性剪切应力分别为0.45、0.67 N/ m2，接近内皮细胞损伤阈值。结论 机械瓣和生物瓣在偏心放置情况下会导致窦部血流速度降低，黏性剪切应力减小，从而为血栓形成创造了有利条件。临床手术中应注意瓣膜置换的位置，避免出现偏心放置的情况。

摘要:目的 构建包含静脉窦以及不包含静脉窦的两种不同结构的静脉模型，利用流固耦合仿真研究静脉窦结构对于下肢静脉系统血液流动的影响，分析静脉窦结构在静脉瓣开闭过程中的作用。方法 基于超声图像和动物解剖图像，使用建模软件建立两种不同结构的静脉系统三维几何模型，通过浸没边界法完成静脉瓣膜的流固耦合仿真，以获取瓣膜形态变化和流线分布、壁面剪切力分布、Q准则强度分布等血流动力学参数。结果 带窦模型的瓣膜几何开口面积要大于无窦模型，血液流线的分布证明了窦区涡流与血管内螺旋流的存在，同端的静脉瓣对上呈现不对称的壁面剪切力分布，带窦模型静脉瓣背面的高壁面剪切力区域和远、近心端瓣膜间的Q准则强度均小于无窦模型。结论 静脉窦结构有助于静脉瓣膜的打开，对螺旋流动有一定的削弱作用，但螺旋流动模式有利于静脉窦区涡流的产生。静脉窦对静脉系统中的血流动力学有着举足轻重的影响，在静脉瓣的研究中应将静脉窦结构作为不可或缺的部分。

摘要:目的 通过设计6种不同蜗壳结构，探究蜗壳断面面积变化对离心式血泵流动特性和溶血性能的影响。方法 采用计算流体力学及拉格朗日法对不同蜗壳结构的血泵进行流动特性研究及溶血预测。结果 在流动特性方面，环型蜗壳血泵水力性能最差，S型蜗壳水力性能最佳，相比环型蜗壳提升35.29％。部分蜗壳在螺旋起始段（0°~90°）出现了滞止区；出口处（270°~360°）较大的滞止区中存在回流。在溶血方面，下凹型蜗壳血泵的溶血指数（hemolysis index，HI）最高，为9.59×10-4；而环型蜗壳血泵的HI最低，相比下凹型蜗壳减少了71.85％。结论 减小蜗壳螺旋起始段和出口处的面积变化梯度可以避免流动滞止区和回流出现。造成HI较高的原因是红细胞暴露在高剪切应力下的时间较长。研究结果为离心式血泵蜗壳结构设计及优化提供了理论基础。

摘要:目的 考虑主动脉壁超弹性和残余应力，提出一种基于血管顺应性预测主动脉血压的数值模拟方法。方法 基于闭合张开角的三维残余应力求解方法和超弹性本构理论，实现理想化双层厚壁主动脉模型压力-半径关系的解析求解。计算血管顺应性，并将压力-半径关系施加于流体域的移动壁面边界进行数值模拟计算，获得血管顺应性与脉压的关系。对比有无残余应力、是否考虑血管超弹性以及不同年龄对血管顺应性和主动脉血压的影响。考虑覆膜支架的作用：将支架区域视为刚性壁，模拟不同支架数量、支架释放位置对主动脉血压的影响。结果 考虑残余应力的血管顺应性高于无残余应力；相应的，考虑残余应力时主动脉脉压略低于无残余应力的情况。与超弹性模型相比，线弹性模型的主动脉脉压预测值偏大。不同年龄人气的血管顺应性表现为40~49岁>60~69岁>70岁以上人群，相应的，主动脉脉压表现为40~49岁<60~69岁<70岁以上人群。当植入长度为60 mm的覆膜支架时，随着支架数量增加，主动脉脉压持续增高，即支架植入范围越广，脉压越高。支架植入位置越靠近近心端，脉压越高。结论 本文提出的数值方法可正确预测主动脉血压，能够为主动脉支架设计和手术方案优化提供理论和技术支撑。

摘要:目的 研究在多重狭窄的锥形血管中支架和球囊形状对血流动力学的影响。方法 建立血管支架植入多重狭窄锥形血管后的血流动力学模型，采用数值模拟方法研究不同形状支架和不同形状球囊搭配使用对术后血流动力学的影响。结果 分别使用圆柱形球囊和锥形球囊对圆柱形支架进行扩张，与圆柱形球囊扩张相比，锥形球囊扩张产生的低速血流区域的占比减小0.58%，低平均时间壁面剪应力区域的占比减小3.22%；使用锥形球囊分别对圆柱形支架和锥形支架进行扩张，与扩张锥形支架相比，扩张圆柱形支架产生的低速血流区域占比减小1.35%，低平均时间壁面剪应力区域占比减小9.73%。结论 多重狭窄锥形血管的血流动力学环境受到植入支架形状和球囊形状的影响；在多重狭窄的锥形血管中，采用锥形球囊扩张圆柱形支架可获得较好的血流动力学环境，降低支架内再狭窄发生的风险。研究结果为临床上介入方案的合理制定提供科学依据。

摘要:目的 研究微导管传感器在血液周期性流动过程中的力学特征和电压输出变化，探究可实时监测压力信息与狭窄病变信息的微导管传感器的可行性。方法 构建双向流固耦合模型对微导管传感器和血液之间的相互作用进行有限元数值仿真，分析在各关键帧中传感器在轴向和环向的力学特征，并比较在健康血管和狭窄血管中传感器力学特征的差异性；构建PVDF力电仿真模型，导入传感器上的力学信号，分析两种场景下传感器的电压输出。结果 在健康血管中传感器的轴向和环向输出值大小较为平均，其比值接近1，而在发生狭窄病变的血管中，传感器的轴向输出产生明显差异，其比值为0.3~0.6，且在环向狭窄区域出现异常分布，其狭窄方向的分量与平均值的比值远大于1。力电仿真进一步揭示传感器可以将力学信号转换成电信号并输出，其输出值为8.01~225.2 mV。结论 在健康血管和狭窄病变血管中，传感器所受的力学特征发生了较为明显的变化，通过对传感器的输出进行分析得到血管狭窄病变的位置和狭窄方向，而PVDF传感器可以将这些力学特征转换为更易处理的电学信号。研究结果为新型微导管传感器的开发和应用提供理论参考。

摘要:目的 基于经皮椎体后凸成形术的手术环境，提出一种表征松质骨健康状态的力学方法和指标，并验证其可行性和一致性。方法 弹性力学理论推导给出了力学指标K的表达式和物理意义，然后利用临床影像腰椎L4开展三维有限元仿真分析，验证理论结果的有效性，并对不同球囊形状和手术路径研究验证了该方法和指标的一致性。 结果 注入液体体积与球囊内压之间呈线性关系，力学指标K与剪切模量密切相关，而且和骨质疏松程度线性负相关。球囊形状对指标K计算结果的影响很小，椭球形和圆柱形对比相对差别小于2%。手术入路路径对指标K计算结果的影响很小，经椎弓根入路和椎弓根外侧缘路径对比相对差别在0.5%以内。 结论 该临床在体力学测试方法和指标K能够表征患者骨的健康状态，且具有很好的一致性。研究结果对于指导PKP手术方案优化和术后康复、收集在体松质骨力学性能数据以及改进骨质疏松症的诊疗标准等具有重要意义。

摘要:目的 研究患者在慢走步态中单腿支撑中期相的受力环境下L1~5、纤维环与髓核的应力分布情况，确定弧形髋臼截骨术中截骨块的最佳矫正角度，为临床手术提供个体化方案。方法 利用CT扫描获取患者及健康志愿者股骨-骨盆-腰椎DICOM数据，构建三维有限元模型。利用建模软件划分出皮质骨、松质骨以及一系列软骨，利用仿真软件对模型进行有限元分析。患者外侧中心边缘角（lateral center edge angle，LCEA）和前方中心边缘角（anterior center edge angle, ACEA）均为15°，通过计算机模拟手术截骨过程，分别得到LCEA=15°、25°、35°、45°以及ACEA=15°、25°、35°、45°共计16组模型。对比分析模型感兴趣区域应力差异，同时与患者术前、健康志愿者对比，得出最佳手术方案。结果 腰椎所受应力随着LCEA和ACEA角度增大而减小，其中LCEA=35°、ACEA=35°模型L1~5、髓核与纤维环所受应力最小，之后所受应力随着角度增加而增加。结论 利用有限元方法可以得到LCEA与ACEA的最佳矫正角度，本文方法对不同患者提高弧形髋臼截骨术手术精准度和手术效率具有重要意义。

摘要:目的 探究适合模拟中空皮质骨结构在拉伸与压缩断裂模式下的失效准则。方法 依托前期压缩与弯曲实验数据，结合断裂仿真，对比不同失效准则模拟结果，确定模拟准确度。结果 压缩载荷下，应用主应变与不变量应变失效准则模拟断裂载荷与实验数值差异小于5%，同时断裂模式也与实验相符，说明两种失效准则可准确预测皮质骨压缩断裂；弯曲载荷下，应用等效应变与不变量应变失效准则模拟皮质骨断裂载荷与实验数值差异小于5%，且断裂模式也与实验相符，说明两种失效准则可准确预测弯曲断裂。结论 不同失效准则模拟的准确程度主要取决于应变增速是否符合当前载荷环境下骨单元变形实际情况，应变增速过快或过缓会导致结构提前或滞后断裂。本文断裂模拟方法能够适应多数部位与形状的皮质骨结构，可广泛应用于探究不同载荷环境下的适合失效准则，从而协助获取各部位皮质骨强度极限，为临床中提高骨断裂预测精度与掌握骨折发生条件提供数据支撑。

摘要:目的 探究足底筋膜刚度与绞盘机制之间的关系以及对足弓的影响，为足底筋膜及足弓相关问题提供生物力学机制解释。方法 构建跖趾关节屈曲角度为30°足-板模型，采用肌骨建模联合三维有限元分析方法，结合双平面荧光立体骨透视运动分析系统（dual fluoroscopic imaging system, DFIS) 获取5 km/h速度走路状态下足部的动态数据，对有限元模型进行验证，探究足底筋膜刚度对绞盘机制及足弓相关力学参数的影响。结果 有限元模拟分析结果与DFIS获取的足部数据呈现高度一致性，证实了模型的有效性。随着足底筋膜刚度增加，绞盘效应与足纵弓刚度均呈增加趋势，但跖趾关节屈曲角度减小，足底筋膜远端应力逐渐减小，近端应力增大；足底筋膜刚度在25%~150%，足横弓宽度随足底筋膜刚度增大而增大，横弓高度则随足底筋膜刚度增大而减小；足底筋膜刚度在150%-200%时，足横弓宽度减小，高度增大，刚度也增大。结论 足底筋膜刚度增加会一定程度上提升绞盘机制的效果，但会引起跖趾关节屈曲程度减小。足底筋膜刚度通过影响跖趾关节屈曲，从而对绞盘机制和足底筋膜远端拉力产生影响，并与跖骨远端地面反作用力共同影响足横弓刚度。

摘要:目的 对采用不同缝线缝合方法修复髌骨下极骨折的生物力学性能进行对比研究。 方法 以正常髌骨(A 组)结构对比,采用 Krackow 缝合法固定(B 组)、Kessler 缝合法固定(C 组)、“8 字”网兜法(D 组)、改良缝线桥(E 组)4 种修复方式。 测量髌骨下极骨折各种修复方式下屈膝 30°、60°和 90°时静态刚度和动态稳定性。 结果E 组在各屈膝角度的刚度相比其他修复组更接近正常组,其次为 B 组,然后为 D 组,最后为 C 组。 第 1 个循环周期后,屈膝 30°时,C 组位移最大,B、E 组位移略大于 A 组,D 组位移小于 A 组。 屈膝 60°、90°时,各修复组位移均小于正常组。 后 3 个循环周期,200 周期以后,各修复组位移变化均小于 A 组。 结论 各种修复均为有效修复。 从生物力学固定效果而言,固定效果改良缝线桥组优于 Krackow 缝合法固定和“8 字”网兜法,Kessler 缝合法固定相对最差。 但实际的临床使用需要考虑损伤程度、切口位置、手术操作时间等因素综合选取修复方案,推荐按 E、B、D、C的顺序依次选取。

摘要:目的 通过建立小鼠半月板失稳型（destabilization of the medial meniscus，DMM）关节炎和慢性踝关节失稳型（chronic ankle instability，CAI）关节炎模型，对比研究内翻型膝关节炎对其同侧踝关节软骨退变的影响。方法 30只6周龄C57BL/6J雄性小鼠随机分为对照组和2组手术组（DMM组、CAI组）,在12周内通过行为学、影像学和组织病理学定量分析各组小鼠踝关节退变情况。结果 手术组小鼠步态稳定性和平衡性均有下降。与对照组相比，DMM组术后12周平衡木通过时间上升23.20%，滑落次数增加43.26%，踝关节骨体积分数和骨密度均增加；同时踝关节软骨磨损并有骨赘生成，OARSI评分增加88.89%，但相较于CAI组较轻。结论 基于小鼠模型发现，膝关节与踝关节的运动存在耦合关系，内翻型膝关节炎会导致其同侧踝关节显著退变，但相比于CAI导致的踝关节损伤较轻。

摘要:目的 考虑到肌肉通过力学对骨量变化的影响，调查分析老年髋部骨折女性肌肉组织变化与骨密度（bone mineral density, BMD）之间的关系。方法 选取79例老年髋部骨折女性作为骨折组，45例体检人员为对照组，分析全身肌肉含量、全身脂肪含量、躯干肌肉含量、躯干脂肪含量、上肢肌肉含量、上肢脂肪含量、下肢肌肉含量、下肢脂肪含量，以及腰椎L1~4、股骨颈、髋关节及全身BMD。结果 骨折组老年女性中全身、上肢、下肢肌肉含量及脂肪含量、躯干脂肪含量、骨骼肌指数（skeletal muscle index，SMI）和全身BMD显著低于对照组(P＜0.05)。骨折组老年女性肌少症检出率明显增高。粗隆间骨折女性患侧股骨颈BMD明显低于健侧。Logistic回归分析发现，骨折组人群SMI与年龄呈负相关，与体质量指数（body mass index, BMI）、股骨颈及全身BMD呈正相关。结论 老年髋部骨折女性肌少症检出率明显增加，其SMI和股骨颈及全身BMD显著相关，在老年人群骨质疏松性骨折防治中应高度重视肌少症。

摘要:目的 评估3D打印个性化颈椎矫治枕在神经根型颈椎病治疗中的安全性和治疗效果。方法 建立有限元模型模拟分析患者在使用枕头前后颈椎的生物力学变化。同时，纳入慢性颈痛患者20例，分析使用枕头前后视觉模拟评分量表、颈椎功能障碍指数、压痛阈值、Borden值、颈椎前凸、T1倾斜角、颈部斜率和胸廓入口角。结果 有限元分析表明，枕后的椎体最大应力上升64.35%，软骨组织最大应力5.09%，Borden值改善45.75%；临床研究表明，治疗后视觉模拟评分量表、颈椎功能障碍指数和压痛阈值显著下降(P＜0.05)，压痛阈值、Borden值、颈椎前凸角、T1倾斜角和胸廓入口角显著上升(P＜0.05)。结论 3D打印个性化颈椎矫治枕在颈部疼痛和改善颈椎曲度功能方面安全有效，为颈椎病的非手术治疗提供了一种新的有效手段，具有重要的临床意义。

摘要:目的 探究颈椎前路椎间盘切除减压融合术（anterior cervical discectomy and fusion，ACDF）术后协同应用颈椎旋转扳法治疗的生物力学安全性，为临床治疗提供理论依据。方法 基于CT数据建立正常C0~T1颈椎三维有限元模型，并以此为基础构建颈椎C5~6节段ACDF术后模型，在两种模型C4、C7节段分别模拟颈椎旋转扳法，并分析比较两种模型在C4、C7节段手法加载下椎体、双侧关节突关节、椎间盘及内固定系统von Mises应力情况。结果 C4节段进行手法加载时，ACDF术后模型C5、C6和C7椎体应力较正常模型分别下降12.3%、11.5%、26.4%，双侧关节突关节应力均呈现下降趋势，其中C4~5、C5~6、C6~7节段左侧关节突关节应力分别下降12.3%、58.8%、15.4%，右侧关节突关节应力分别下降16.6%、92.1%、17.2%。C4~5和C6~7节段椎间盘应力较正常模型分别下降13.2%、4.0%，而C5~6节段融合器、钢板和螺钉的最大应力分别为9.349、111.9和300.8 MPa。C7节段进行手法加载时，ACDF术后模型的C4、C5和C6椎体应力较正常模型显著增加，尤其是C5椎体，其应力增加了近18倍，同时除了C4~5节段左侧关节突关节应力上升57.7%外，其余节段的双侧关节突关节应力普遍下降，但其C4~5和C6~7节段椎间盘应力较正常模型分别增加43.2%、21.7%，且C5~6节段融合器、钢板和螺钉的应力分别为2.926、205.4和256.2 MPa。结论 ACDF术后于融合节段上位椎体行手法的安全性相对较高，但融合节段下位椎体行手法可能导致应力集中，增加损伤风险。在实施术后保守治疗时，应考虑手法操作的安全性和适应症，避免在高风险区域进行操作，同时基于患者具体术后生物力学的状态实施更为精准、安全的手法干预治疗。

摘要:目的 研究推拿医生?法操作的上肢发力肌肉表面肌电信号特征。方法 采集初学者和熟练者?法操作时表面肌电信号，进行比较分析，总结规律和异同。 结果 熟练组尺侧腕伸肌iEMG比值显著高于初学组（P<0.05），而初学组三角肌中束iEMG比值显著高于熟练组（P<0.05）。其他肌群iEMG比值差异无统计学意义（P>0.05）。熟练组主要使用尺侧腕伸肌、肱三头肌外侧头、胸大肌和尺侧腕屈肌，而初学组主要使用肱三头肌外侧头、胸大肌和桡侧腕屈肌。 结论 熟练组和初学组?法肌电信号有共同特征，且熟练组通过募集更多的尺侧腕伸肌来增加尺偏角度，从而增加掌屈运动角度和手背侧接触面积，熟练组三角肌中束及后束肌肉的使用强度较低，“沉肩”要领掌握得更好。

摘要:目的 应用两类神经网络算法估算步行中两足三维地面反作用力（ground reaction force，GRF）和压力中心（center of pressure，COP），并对比两种算法模型的估算效果，为无测力台条件下的步态动力学数据获取提供解决方案。方法 筛选出1 384人次步态数据。采用多层感知机（multi-layer perceptron，MLP)和卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）构建基于全身标记点三维轨迹估算GRF和COP各分量的模型。随机选取100个样本作为测试集，利用估算值与真实值的相关系数（r）、相对均方根误差（relative root mean square error，rRMSE）评价各模型的估算性能，并采用配对样本t检验比较两类神经网络模型的估算性能。结果 MLP在GRF各分量中的估算r为0.954~0.993，rRMSE为4.36%~9.83%；CNN估算r为0.979~0.994，rRMSE为3.06%~6.69%；MLP在COP各分量中的估算r为0.888~0.992，rRMSE为4.78%~16.63%；CNN在COP各分量中的估算r为0.944~0.995，rRMSE为3.06%~10.85%。CNN在右侧支撑时相的GRF内外分量、COP内外分量、COP前后分量,以及左侧支撑时相的GRF左右分量、COP前后分量上的估算rRMSE均低于MLP（P<0.01）。MLP在右侧支撑时相的GRF前后分量，以及左侧支撑时相的COP前后分量、GRF垂直分量上的估算rRMSE均低于CNN（P<0.01）。结论 利用全身标记点轨迹估算步行中GRF和COP时，MLP和CNN技术均获得较好的估算精度。MLP在GRF前后分量和垂直分量的估算精度优于CNN，而CNN在GRF内外分量和COP前后分量和内外分量的估算精度优于MLP。

摘要:目的 建立从下肢运动学数据估算切向地面反作用力（GRFt）的数据驱动模型，并从输入数量与估计精度的角度出发选择最合适的输入，以实现在户外步态实验中测量GRFt。方法 利用10名受试者在5个不同坡度（-10°、-5°、0°、5°、10°）下的步态数据，训练反向传播神经网络（backpropagation neural network, BPNN）和多项式稀疏回归（polynomial sparse identification, PSI）模型两种数据驱动模型，用以估算GRFt。评估8种运动学数据组合与法向地面作用力（GRFn）作为模型输入的性能结果，以确定最佳的模型和模型输入。结果 在相同输入维度下，髋-膝关节角度组合比膝-踝关节角度组合更能准确地估算GRFt。具体而言，基于前者组合的BPNN和PSI模型预测GRFt的误差分别为1.61%BW（体重）和1.84%BW，而基于后者组合的模型误差分别为2.82%BW和3.15%BW。将GRFn与所有关节角度作为输入，模型的预测误差仅为1.46%BW。结论 GRFn与髋-膝关节角度的组合在计算复杂度和估计精度之间实现了最佳平衡。研究结果有助于实现在室外步态测试中准确估算GRFt。

摘要:目的 探讨慢性踝关节不稳女性（chronic ankle instability, CAI）穿着不同高度高跟鞋行走时对踝关节运动控制的影响。方法 采用Vicon红外运动捕捉系统和三维测力台同步采集20名健康女性和20名CAI女性穿着4种高度（1、3、5、7 cm）高跟鞋平地行走时足着地前后200 ms内的运动学、动力学参数。应用双因素重复方差分析对数据进行统计分析。结果 足着地时内翻峰值角速度以及内翻峰值角度存在组别×鞋跟高度的交互效应。经事后检验结果显示，在健康组内，与鞋跟1 cm相比，穿着5 cm（P=0.002）、7 cm（P=0.002）高跟鞋行走时在足着地前后200ms内翻峰值角速度显著较大；穿着1 cm与5 cm（P=0.018）、7 cm（P<0.001）高跟鞋行走时内翻角度峰值有显著性差异。在CAI组，与鞋跟1 cm相比，穿着5 cm（P=0.002）、7 cm（P=0.002）高跟鞋行走时在足着地前后200 ms内翻峰值角速度显著较大；穿着1 cm与3 cm（P<0.001）、5 cm（P<0.001）、7 cm（P<0.001）高跟鞋行走时内翻峰值角度有显著性差异。在足着地前后200 ms内跖屈峰值角度（P<0.001）、外旋峰值角度（P<0.001）、外旋峰值角速度（P<0.001）、跖屈峰值力矩（P=0.048）存在显著的高度主效应；外翻峰值力矩存在显著的组别主效应（P<0.001）。结论 与健康人相比，CAI女性穿着高跟鞋行走时踝关节控制能力较弱，随着跟高增加，踝关节稳定性降低，建议CAI女性穿着3 cm以下高度的高跟鞋。

摘要:目的 建立50%等长峰值力矩（isometric peak torque, IPT）下髋、膝和踝关节等张肌耐力三室动力学疲劳模型，为生物力学和运动科学等领域的仿真负荷评价提供理论基础。方法 分别测量40名男大学生髋、膝和踝关节的IPT后，再以50%IPT进行至力竭的下肢三关节等张肌耐力测试。同步采集下肢主要肌群的肌电和保持时间（endurance time, ET）。验证以往研究推荐的疲劳（fatigue, F）和恢复（recovery, R）参数所建立模型获得的ET和实验ET值的差异，再通过实验ET值和网格搜索的方法匹配合适的F和R参数，以建立正确的三室动力学模型。结果 髋、踝关节ET显著大于膝关节（P <0.001）；以往研究推荐参数所建立模型获得的ET显著大于实验测得ET （P <0.001），对应的均方根误差（root mean squared error, RMSE）和平均相对误差（mean relative error, MRE）数值较大；网格搜索法匹配到下肢三关节等张肌耐力测试的三室模型F和R参数，新建立模型获得ET与实验ET无统计学差异（P >0.05）。结论 所建立模型能够作为同类活动负荷评估的间接测量工具。

摘要:探索髌股关节痛（patellofemoral pain，PFP）人群坐站运动（sit-to-stand，STS）过程中肢体协调模式及能量流动策略，为PFP患者的发病机制及后续制定治疗康复方式提供理论依据。方法 招募36名受试者进行STS测试，依据髌股关节疼痛肢体数目将受试者分为单侧髌股关节疼痛组（单侧组）、双侧髌股关节疼痛组（双侧组）及对照组。使用红外动作捕捉系统和三维测力台进行动作采集。采用Visual 3D和Matlab软件，分别计算躯干与骨盆的角度、角速度、线速度及近端和远端关节力。同时，计算下肢髋、膝、踝关节的角度、力矩、关节力及大腿和小腿的角速度与线速度数据。采用矢量编码计算耦合角表示协调模式，环节净能量积分计算各阶段环节中的能量流。结果 额状面协调模式中，屈曲动量阶段骨盆-髋协调模式单侧组近端协调模式频次多于双侧组（P=0.024）；动量传递阶段躯干-骨盆协调模式单侧组同相协调模式频次多于双侧组（P=0.023），而远端协调模式频次单侧组少于对照组（P=0.032）；膝-踝协调模式中单侧组、双侧组远端协调模式频次多于对照组（P=0.025，P=0.005）。环节能量流动中，屈曲动量阶段骨盆肌肉功率中双侧组传出能量高于对照组（P=0.021）。结论 PFP人群影响STS过程中能量流动模式及额状面的运动协调模式。单侧髌股关节疼痛人群可能通过骨盆和踝关节的侧向运动进行动态代偿髌股关节压力，而双侧髌股关节疼痛人群则为增加骨盆区域能量输出和更复杂的全身协调模式以弥补PFP所导致的膝关节功能不足。

摘要:目的 研究士兵长距离负重行军后下肢关节肌力和步态的变化，探索下肢骨骼肌疲劳对步态的影响。方法 15名男性士兵完成负重17.5 kg行军15 km后，测试髋、膝、踝关节屈伸等速肌力，并运用Vicon动作捕捉系统和AMTI测力台采集士兵负重行走和跑步的步态参数。结果 负重行军后，髋关节屈伸峰值力矩显著下降（P<0.05）；右侧屈膝和伸膝的平均功率显著下降（P<0.05）；踝关节跖屈的相对峰值力矩和平均功率显著下降（P<0.05）。步行时，左侧髋屈角、膝屈伸角，踝背屈角及内翻角均显著减少（P<0.05），膝内收角显著增加（P<0.05），左侧屈髋、屈膝和踝关节跖屈力矩和双侧膝内收力矩显著降低（P<0.05），右侧伸髋力矩和地面反作用力显著增加（P<0.05）。跑步时，步频显著降低（P<0.01），左侧步宽显著增加（P<0.05），左膝屈角、右踝背屈角显著减少（P<0.05），膝内收角显著增加（P<0.05），双侧屈髋、左侧屈膝、右侧踝背屈和膝内收力矩显著减少（P<0.05），右侧地面反作用力显著增加（P<0.05）。结论 长距离负重行军后下肢肌力下降，尤其是髋关节。行军后负重行走步态使用了髋关节驱动机制，但由于肌力下降，出现膝过伸和膝外翻。跑步时则更多利用踝关节，增加了踝关节的损伤风险。为优化步态、增强负重能力和预防损伤，需强化髋关节和腘绳肌群力量。

摘要:目的 构建国人第95百分位具有真实解剖学结构的骨盆有限元模型，探究密质骨建模方式对真实骨盆整体生物力学响应的影响。方法基于95百分位男性志愿者骨盆医学影像数据，构建以六面体单元为主的具有真实髋骨密质骨厚度（REA-M）和2 mm均匀密质骨厚度（CON-M）骨盆有限元模型，采用仿真方法重构尸体试验加载工况，通过对比试验结果和仿真结果验证模型的有效性，并探究两种模型在不同工况下的生物力学响应差异。结果 仿真结果表明，两种骨盆模型的整体力学响应与尸体试验结果存在较强相关性，且两种模型之间的力学响应差距多在8%之内，二者的相关性评分差值小于2%。结论　通过重构多个仿真试验验证了本文所建CON-M和REA-M两种骨盆模型的有效性，两种模型的生物力学响应有差异，但力学响应差异较小。从简化模型的角度，可以使用CON-M模型研究骨盆的生物力学响应。

摘要:目的 探索车辆碰撞中的行人头部动力学响应频域特性及其与时域损伤指标之间的相关性。方法 通过基于人体模型的有限元仿真模拟不同边界条件下的行人头部与车辆碰撞过程，采用小波包信号分析方法处理获得仿真中的行人头部频域响应。结果 发罩区域碰撞的行人头部能量主要分散在0~300 Hz频带，风挡区域碰撞头部能量则主要集中在0~5 Hz频带；行人头部碰撞频带能量峰值随其线性和旋转速度增大呈上升趋势，且线性速度较高时旋转速度对频带能量峰值的影响更显著；发罩和风挡区域碰撞的头部频带能量峰值与颅骨损伤评价时域指标的线性相关性R2分别为0.85和0.61，但其与脑损伤评价时域指标的相关性相对较低（R2<0.5）。结论 行人头部频域响应特征受碰撞速度和位置影响，频带能量峰值可潜在表征颅骨损伤风险，但频带能量峰值所在频段及集中程度与头部损伤风险不相关。研究结果可为结合时频响应的头部钝性冲击损伤评价提供参考。

摘要:目的 探究中脑导水管狭窄不同程度对颅内脑脊液流场的影响。 方法 基于 1 名志愿者的临床磁共振影像序列,利用半自动图像分割方法,重建完整的正常脑脊液循环模型。 在此基础上构建 8 个理想的中脑导水管狭窄模型。 使用计算流体动力学方法,模拟 9 个模型的脑脊液流场。 结果 随着中脑导水管狭窄度增加,其上、下游最大压力差也相应增加,且脑脊液的流速加快。 正常模型中,中脑导水管上、下游最大压力差为 0. 84 Pa,最大流速为11. 4 mm/ s;而最大狭窄度模型中,最大压力差为 21. 36 Pa,最大流速为 60. 3 mm/ s。 相较于正常模型,最大压力差和最大流速分别提高了约 25 倍和 5 倍。 同时,压力差与中脑导水管狭窄处横截面积平方呈反比例关系,且与狭窄处脑脊液最大流速的二次方呈线性关系。 结论 低狭窄度中脑导水管上、下游压力差和流速增加不显著,而高狭窄度提高了脑积水发病的风险。 研究结果为理解梗阻性脑积水和颅内高压的形成奠定了一定理论基础。

摘要:目的 研究原弹性蛋白对胶原蛋白体外自组装-降解的生物力学影响。方法 利用生物型原子力显微镜进行实时动态扫描，观察并分析胶原原纤维在自组装过程中的微观形貌、取向性、面积占比和平均直径变化；通过透射电子显微镜对胶原原纤维的D带结构进行了表征；最后，借助Gwyddion和Matlab软件对数据进行分析，评估胶原原纤维的结构特性及其抗降解性能。结果 与对照组相比，原弹性蛋白的加入不仅促进了胶原蛋白的自组装，显著提高了自组装体所占的面积，还导致自组装体的方向性由单一方向性变为多向性。加入胶原酶后，自组装体会发生降解，但降解半周期随着原弹性蛋白的加入而减少，即原弹性蛋白的存在加速了胶原蛋白自组装体的降解。结论 原弹性蛋白的加入促进了胶原蛋白的自组装，增加了自组装体所占的面积，但自组装体的取向一致性有所减弱，降低了胶原原纤维抗酶降解的能力。研究结果为胶原基仿生功能材料的制备奠定理论基础。

摘要:目的 探讨种植体长度、直径和基台角度对上颌中切牙周围骨质应力的影响，明确各因素对上颌骨应力的显著性，并确定最优参数组合。方法 基于CBCT数据，重建口腔上颌三维模型；使用正交表建立有关于长度、直径以及基台角度共16个种植牙三维模型，并与上颌模型和刚体模型组装；利用ANSYS瞬态动力学模块进行有限元分析；最后，对所得应力数据进行正交实验与单因素方差分析。结果 种植体直径对皮质骨最大von Mises应力具有统计显著性（P=0.010），种植体长度（P=0.229）与基台角度（P=0.844）对皮质骨最大von Mises应力无统计显著性，最优参数组合为种植体直径5.0 mm、种植体长度12 mm、基台角度0°。种植体长度（P=0.001）、直径（P=0.011）与基台角度（P=0.013）均对皮质骨最大Von Mises应力具有统计显著性，最优参数组合为种植体长度14 mm、种植体直径5.0 mm、基台角度5°。结论 种植体直径对皮质骨和松质骨应力均有显著影响，临床上应优先选择较大直径以降低应力峰值。种植体长度次之，基台角度影响最小。

摘要:在人体运动中，小腿三头肌-肌腱复合体（triceps surae muscle-tendon unit, MTU）是有效完成力的产生和传递以及能量储存和释放的关键，对运动效率有重要影响，但其损伤率也居高不下。本文对MTU的功能和跑步中MTU生物力学特性适应变化进行概述，旨在深入理解MTU在运动过程中功能并探讨不同外部因素对MTU生物力学特性的影响，以期为提升跑步表现与预防损伤提供科学依据。结果发现：跑步时前掌着地跑和穿着刚度更大的碳板跑鞋可以以较为经济的MTU的形态学变化模式进行收缩或者回弹能量，即肌肉和其余弹性元件能用更经济的方式进行收缩或者回弹能量，以及肌肉收缩发力时的长度更接近于最佳肌束长度，降低肌肉收缩引起的能耗；采用前掌着地跑、裸足跑或穿着极简鞋跑步增加了MTU力学载荷；跑姿再训练后跑步时MTU能用更经济的方式进行收缩或者回弹能量，而其余单纯力量训练对其影响研究不够充分且效果较差。未来研究可进一步通过改善运动模式、装备和训练方法来优化MTU的生物力学特性，关注MTU的相互协调和平衡发展，从而提高运动表现，减少MTU损伤的发生。

摘要:膝关节内收力矩（knee adduction moment, KAM）是膝关节生物力学研究中关键的生物力学指标，该指标与膝关节骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）的发生发展有密切的关系。因此，了解影响 KAM 的因素对于 KOA 疾病的诊疗具有重要作用。本文根据相关研究整理了可能影响KAM的因素。

摘要:通过检索 PubMed、Web of Science、中国知网和万方等数据库，对近年来发表的有关扁平足在生物力学上的成因和治疗方法的相关内容进行综述。其中，扁平足的形成原因包括先天性因素和后天性因素，而治疗方法主要有矫形鞋垫、物理疗法、手术治疗和运动疗法等。这些方法在一定程度上能够纠正足部结构异常，优化生物力学性能，提高足部的稳定性和活动范围。对于未来的研究，将利用先进的影像和仿真技术进行精确的病情评估，新型材料和非手术疗法的应用将能够长期缓解症状，而基因研究将推动早期诊断和个性化治疗的发展，智能矫形器的使用将实现实时监测和动态调整，从而为扁平足的评估、干预和治疗提供更多更有效的方法和手段。

摘要:为确保产品功能和实用性的前提下充分考虑人体生理特征和运动机制，基于生物力学反馈的人体有限元模型在“以人为本”的健康防护产品设计中起到了重要作用。本文聚焦利用柔性材料制作而成的防护类产品，探讨人体有限元模型在该类防护产品设计中的应用现状和发展趋势。首先，从人体生物力学角度总结近年来关于人体不同部位的有限元模型构建过程。其次，从人体头部、躯干、上肢和下肢部位与防护设备建立的接触模型，梳理有限元法在健康防护产品设计中的应用现状及所面临的挑战。最后，讨论使用有限元法在该类研究中存在的问题，指出在追求准确性、实时性和逼真性的背景下，具有高效、精确、可重复利用等优点的有限元接触模型仍具有广阔的应用前景。