• 2010年第25卷第4期文章目次
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    • 航空生物力学

      2010, 25(4):235-238. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.238.

      摘要 (2568) HTML (0) PDF 526.40 K (2937) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞行员在飞行中会面临各种复杂载荷,这些复杂载荷会给飞行员肌骨、血液循环等系统产生复杂生理影响,从而导致飞行员损伤。生物力学主要研究生物医学中的力学问题及力的生物学效应。航空生物力学是研究人体在航空动力环境中生理变化规律及其防护措施的学科, 其主要研究内容包括:冲击载荷对人体的损伤及其防护;持续性载荷对人体的生理影响及其防护或对抗;振动与噪声对人体的生理影响及其防护等。

    • 模拟跳伞着陆中踝关节防护对下肢肌电活动性的影响

      2010, 25(4):239-243. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.4.243.

      摘要 (2793) HTML (0) PDF 669.57 K (3119) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究踝关节外固定防护在模拟半蹲式跳伞着陆中对下肢肌电(Electromyogram, EMG)活动性的影响及其性别差异。方法 男女各8名健康成人受试者从0.72 m高平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。实验状态分赤足对照、佩戴护踝和绷带3组。测量其胫骨前肌、外侧腓肠肌、股直肌和股二头肌的肌电图。使用二因素方差分析评价防护和性别对EMG参数的影响。结果 使用护踝显著增加男性胫骨前肌触地前EMG幅值(赤足对照:266 μV;绷带:368 μV;护踝:552 μV),防护对其他EMG参数无显著性影响。结论 使用护踝仅对男性跳伞者有显著的防护作用;踝关节防护对膝关节EMG活动性无显著性影响。

    • 跳伞着陆过程中膝关节损伤的有限元研究

      2010, 25(4):244-248. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.248.

      摘要 (2933) HTML (0) PDF 659.47 K (2813) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 利用膝关节有限元模型和模拟跳伞着陆实验数据,对半蹲式跳伞着陆过程进行数值模拟,并分析膝关节损伤的机理。方法 对16名健康志愿者进行半蹲式模拟跳伞实验,跳落高度分别为0.32 m,0.52 m和0.72 m。基于核磁共振成像建立人体膝关节的三维有限元模型,采用实验测得的膝关节运动学和地面反力数据对跳伞着陆过程进行数值模拟。结果 关节内组织的应力水平随着跳落高度的增加而增加,外侧半月板和关节软骨承受了较大的载荷,前交叉韧带和内侧副韧带在屈膝角度达到最大时产生明显的应力集中。结论 跳伞着陆的高速冲击是造成关节损伤的直接原因,外侧关节软骨和半月板更易受到损伤,前交叉韧带和内侧副韧带较易在屈膝幅度最大时发生撕裂。

    • 倒视条件下定位和定向训练对视觉-运动协调能力的影响

      2010, 25(4):249-252. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.252.

      摘要 (2421) HTML (0) PDF 518.59 K (2863) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 比较上下倒视条件下定位和定向训练对受试者视觉运动协调能力提高的影响,为空间运动病的防护和感觉冲突适应训练方法的设计提供参考。方法 选取16名受试者在上下倒视条件下进行迷宫测试,并分别进行30 min的定位和定向训练后再次接受迷宫测试,分析和比较完成迷宫测试的时间和出错概率。结果 两种训练后完成时间和错误率都显著下降,并且不同训练方式的结果也有显著性差异,定向训练的效果明显优于定位训练。结论 在由视觉改变引发的感觉冲突环境下,经过相应的任务训练后对于未训练任务的适应性提高也同样有效,从而使得人视觉-运动协调能力提高进而适应感觉冲突的环境,并且不同的训练方式对于适应性的提高也有显著的差异性。

    • 仿真躯干假人在评价救生伞开伞动载中的应用

      2010, 25(4):253-256. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.256.

      摘要 (2358) HTML (0) PDF 459.86 K (2831) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 定量研究仿真躯干假人在确定救生伞开伞动载试验中的作用,为其开发研制提供可靠的试验手段。方法 仿真躯干假人披挂救生伞进行冲击试验,用63.4 kg冲击块分别以0.20,0.40,0.60,0.80 m高度释放冲击块,模拟不同开伞载荷,并测试肩带拉力;同时与5具刚性躯干假人在同样冲击能量下的试验结果进行对比。24名健康男性被试者佩带救生伞背带系统,取站立姿式和坐姿,参加对比试验。结果 在同样的冲击能量下,刚性躯干假人肩带响应的冲击力峰值最大,其次为人体站姿,最小为人体坐姿,各试验组之间有显著性差异(P<0.01);在不同模拟开伞载荷条件下仿真躯干假人肩带冲击力峰值分别为2 795,3 873,4 816和5 736 N,与人站姿试验数据(2 541,3 042,3 720和4 250 N)最为接近。结论 仿真躯干假人因仿真人体黏弹性特征,其在开伞冲击试验中的测试结果比刚性躯干假人更贴近人体的实际状况,而这一特性会直接影响到获得的开伞动态载荷,因此建议在救生伞研发试验中使用仿真躯干假人。

    • 面向逆向动力学仿真驱动和验证的半蹲式跳伞着陆实验研究

      2010, 25(4):257-261. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.4.261.

      摘要 (2577) HTML (0) PDF 619.28 K (3468) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 半蹲式跳伞着陆模拟实验的设计和相关数据测量,为逆向动力学软件AnyBody Modeling System模型的建立、驱动和验证提供数据。方法 根据逆向动力学分析数据驱动和验证的需要,受试者从0.32 m高的平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。对受试者下肢关节运动学参数、地面反力以及下肢4块主要肌肉的肌电图进行测量。结果 受试者在与地面接触前后1 s内,髋、膝、踝关节角度随时间的变化、右脚地面反力以及压力中心轨迹用来驱动模型;肌电活动性测量数据用来验证模型。结论 实验设计可以满足肌骨模型分析的要求,并可用于对半蹲式跳伞着陆的进一步研究。

    • 军机飞行员的颈部损伤研究

      2010, 25(4):262-265. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.4.265.

      摘要 (2692) HTML (0) PDF 456.76 K (2997) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 调查飞行员的颈部损伤现状,分析导致颈部损伤的因素和飞行员的颈部损伤对飞行训练的影响,为开展相应的生理研究和开发工程解决方案提出建议。方法 对1 924名军机飞行员进行问卷调查,涉及初教机、强击机、歼击机、轰炸机、运输机及直升机飞行员。调查分为两部分:(1)飞行员基本情况,包括:单位、年龄、机种、飞行时间、身高、体重;(2)颈部损伤情况,包括:颈部症状、颈部症状对飞行的影响、导致颈部损伤的原因等。对调查结果进行统计分析。结果 本研究调查表明71.3%的飞行员曾有过颈部不适症状,60.4%的飞行员颈部不适发生在飞行中;有33.7%的飞行员曾有过颈部疼痛症状,19.2%的飞行员的颈部疼痛症状发生在飞行中;飞行加速度、头盔重量及飞行日留空时间过长是导致飞行员颈部症状的主要原因。轰炸机飞行员发生颈部不适和疼痛的比例最高。结论 颈部损伤已成为我军飞行员的常见病与多发病,飞行员的颈部损伤已影响到日常的飞行训练,且随着歼、强击机飞行员的飞行载荷及飞行训练强度的增加,飞行员的颈部损伤还会呈上升趋势。因此,应高度重视军机飞行员的颈部损伤问题,对此问题的生理研究及工程解决方案还需进行深入研究。

    • 峡部裂对上位脊椎力学稳定性影响

      2010, 25(4):266-269. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.269.

      摘要 (2343) HTML (0) PDF 835.89 K (2887) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过测量腰椎峡部裂模型上位脊椎间盘压力,研究峡部裂上位脊椎稳定性。方法 实验材料为9具成人新鲜腰椎标本,造成实验模型,通过MTS-858生物力学测试机对正常组及峡部裂组标本进行中心垂直、前屈、后伸及侧屈压力加载,对不同状态椎间盘进行压力测试,分析比较峡部裂组及正常组上位椎间盘压力。结果 峡部裂组上位脊椎(L4/5)间盘压力在中心垂直正压状态下(600、800、1 000 N加载)与正常组椎间盘压力均值比较,P>0.05,无显著性差异,分别增加了1.3%,1.5%,1.7%。前屈15°状态下(300、500、700 N加载)与正常组椎间盘压力均值比较,P均<0.001,有显著性差异,分别增加了20.97%,24.45%,28.79%。后伸15°状态下(300、500、700 N加载))与正常组椎间盘压力均值比较,P<0.001,有显著性差异,分别增加了14.15%,17.86%,24.92%。侧屈15°状态下(300、500、700 N加载)与正常组压力比较,P>0.05,无显著性差异,分别增加了3.54%,2.12%,1.14%。 结论 腰椎峡部裂不仅对同序脊椎具有重要力学影响,而且对上位脊椎同样具有重要力学影响,从而可以影响同序及上位脊椎的稳定性。

    • 鼻腔结构矫正手术对OSAHS患者上气道流场影响的数值分析

      2010, 25(4):270-276. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.276.

      摘要 (2831) HTML (0) PDF 561.82 K (2996) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究伴鼻腔结构异常的OSAHS患者经鼻腔结构矫正手术后,气道结构形态的改变对患者整个上气道流场分布以及软腭运动姿态的影响。方法 基于患者手术前后CT影像学数据,建立上气道及软腭三维有限元模型,采用流固耦合的方法模拟手术前后上气道流场特性及软腭的运动情况。结果 手术矫正了异常的鼻腔结构形态,鼻腔及整个上气道阻力明显下降。术后软腭的肥厚水肿明显缓解,其游离缘的运动幅度减小。软腭运动幅度随弹性模量的减小而增大。术后的模拟结果与文献报道的正常人实验与模拟结果接近。结论 鼻腔结构矫正手术改变了上气道结构,影响了气流流场的分布和软腭的运动姿态;不同病理生理状态下,软腭弹性模量的变化对其运动姿态有影响。

    • 通过流动腔实验测量HL-60细胞微绒毛弹性

      2010, 25(4):277-282. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.282.

      摘要 (2659) HTML (0) PDF 804.92 K (3093) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 滤除平行平板流动腔实验数据中的噪声,以清晰观测细胞滚动黏附过程,并发展基于流动腔实验的细胞微绒毛弹性的测定方法。方法 运用小波分析方法技术,分离从流动腔实验中得到的E-选择素介导的HL-60细胞滚动黏附实验数据的高频热噪声信号;利用能量均分定理和拴缚细胞的力平衡方程,构建细胞微绒毛的伸长与弹性间的关系。结果 通过小波分析滤噪,可以清晰定位细胞滚动黏附的不同阶段:自由滚动-减速-停止-加速;在壁面剪切应力为0.01~0.06 Pa的条件下,源于热噪声的细胞脉动能量约占总的脉动能的80%,测得HL60细胞微绒毛的弹簧常数为(13.7±7.4) μN/m。结论 小波分析技术可滤除流动腔细胞滚动黏附实验数据中的热噪声;细胞热脉动信号中含有细胞微绒毛弹性的信息,使得人们可以采用流动腔实验技术来测量细胞微绒毛的弹性。

    • 双分叉动脉血流动力学特性的边界元分析

      2010, 25(4):283-287. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.287.

      摘要 (2228) HTML (0) PDF 533.50 K (3011) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过数值计算判断血流动力学特性的突变对双分叉动脉血管病变发展的影响。方法 利用边界元方法计算了一类双分叉侧支型动脉血管主支管病变前后的血液流场、血管壁切应力、压力等血液流体动力学特性,并作了分析和比较,对病变产生、发展和加剧的流体动力学原因做出了合理的解释;通过对病变前后分支管壁切应力和压力的计算结果分析,对主支管的病变是否会影响分支管的血液流体动力学特性做出了判断。结果 主支管病变处由于血管腔变窄血液流速明显变大、切应力变大,主支管病变或病变加剧对分支管血液流场分布及切应力并无明显影响,而使分支管壁血压升高。结论 血液的流体动力学特性对动脉粥样斑块的形成、发展、加剧、破裂有一定的影响,双分叉动脉主支管病变的加重极易导致分支管分叉处粥样斑块病变的出现。

    • 整合素分布变化与肝癌细胞迁移取向调节的相关性

      2010, 25(4):288-295. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.4.295.

      摘要 (2580) HTML (0) PDF 998.00 K (3044) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 采用机械拉伸方法并通过裱衬纤连蛋白(胞外基质成份)调节整合素受配体结合,探索整合素再分布变化对肝癌细胞黏附运动行为的影响,以及骨架重排对整合素再分布变化的影响。方法 运用免疫荧光染色、激光共聚焦显微技术和定量形态学分析法,观察整合素分布变化和细胞骨架装配调整,及对细胞运动变形能力进行检测和定量分析。结果 (1)不同形态细胞的整合素表达和分布特征不同,铺展细胞β1整合素表达高于未铺展的圆细胞,分布峰值为基底面,而圆细胞游离面的整合素分布反较基底面多。(2)机械拉伸5 h后不同形态细胞β1整合素表达均升高,分布带增宽;卸载1 h整合素表达下调,出现弥散分布倾向,其中以圆细胞最为明显。(3)裱衬FN后β1整合素表达增加,不同形态细胞整合素分布均向基底转移,并使肝癌细胞净迁移距离减小。(4)机械拉伸5 h后60%的细胞长轴取向集中在70°~110°之间,细胞骨架倾向垂直于拉伸方向排列,卸载1 h细胞骨架明显解聚。结论 肝癌细胞整合素分布变化受胞内骨架调整和胞外配体数量的影响,单个圆细胞的整合素分布特征与其较强的转移浸润能力相关。

    • 不同厚度垫底材料对龋齿充填后应力分布的影响

      2010, 25(4):296-301. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.301.

      摘要 (2416) HTML (0) PDF 697.37 K (3124) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 采用有限元方法对比分析不同厚度垫底材料对充填后牙体应力分布的影响。方法 选用正常形态下颌第1磨牙,基于Micro CT扫描建立Ⅰ类洞充填的三维有限元模型,选择Vitrebond和Dycal作为垫底材料,分别考虑4种不同的厚度(0.5、1.0、1.5和2.0 mm),施加250 N的咬合力,对各模型中牙体、充填体和垫底材料的最大/最小主应力进行比较。结果 Dycal垫底,厚度为2.0 mm,牙体的最大主应力峰值超过其抗拉强度,垫底材料的最大/最小主应力峰值分别超过其抗拉和抗压强度;垫底厚度为1.5 mm和2.0 mm,充填体的最大主应力峰值接近其抗拉强度的90%。Vitrebond垫底时,各材料的最大主应力峰值也都在1.5 mm或2.0 mm时达到极值。结论 从防止充填后牙体折裂的角度,建议临床上采用较薄的垫底层厚度,取0.5~1.0 mm。

    • 有限元分析优化设计人工颈椎复合关节系统球窝关节

      2010, 25(4):302-307. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.4.307.

      摘要 (2395) HTML (0) PDF 708.29 K (3134) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对人工颈椎复合关节系统球窝关节进行优化设计。方法 建立人工颈椎复合关节系统的三维模型,并采用有限元方法对其进行网格划分;设置球窝零件球柄高度的尺寸的变化范围,模拟假体系统在体负载情况;对模型进行优化设计分析,对不同尺寸特征的复合关节系统进行应力、应变分析,并评价系统安全系数。结果 系统最大Von mises应力出现在该装置前屈位球柄和基底部相接处,并随球柄高值增大,最小安全系数呈近似抛物线变化。结论 综合考虑系统的稳定性和活动度需要,认为当球柄高为6.0 mm时,球窝关节结构最优。

    • 冷刺激下食指运动学及动力学特性研究

      2010, 25(4):308-312. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.04.312.

      摘要 (2298) HTML (0) PDF 530.34 K (3028) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 考察冷刺激对食指运动学及动力学特性的影响。方法 为减少对食指屈伸的影响,采用高速摄影仪记录食指屈伸运动过程的方法,记录食指在自然状态和冷水刺激两种情况下的屈伸运动,通过自行编写的程序对视频文件进行处理,得到食指各关节角度随时间的变化,最后通过一个包含两块肌肉(FDS: flexor digitorum superficialis,FDP: flexor digitorum profundus)的肌骨骼模型计算得到肌肉力随时间的变化关系。结果 冷水刺激后,食指第二关节在屈伸过程中的平均角速度变小。冷水刺激前后,FDP肌肉力没有太大的变化,而FDS肌肉力在弯曲结束时增加了1倍左右。结论 本文通过影像结合图像处理的方式得到了食指在屈伸过程中的轨迹信息,并通过简化建立了连接食指表观信息与内部肌肉力的计算模型,进一步讨论了冷水刺激前后食指的运动学和动力学特性。

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