• 2020年第4期文章目次
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      2020, 35(4).

      摘要 (318) HTML (0) PDF 344.70 K (354) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2020, 35(4).

      摘要 (248) HTML (0) PDF 3.83 M (308) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >论著
    • 血管壁弹性模量对颈动脉狭窄血流储备分数的影响

      2020, 35(4):397-402.

      摘要 (353) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探索将血流储备分数(fractional flow reserve, FFR)引入颈动脉狭窄评估的可行性,并且分析血管壁弹性模量对颈动脉狭窄中血液动力学参数和FFR计算结果的影响。方法 利用计算机辅助设计软件建立颈动脉分叉标准模型并获得不同狭窄率的模型。假设血管壁为线弹性材料,血液为不可压缩牛顿流体,在脉动流条件下,利用有限元分析软件进行颈动脉狭窄模型中血液流动的流固耦数值模拟,获得各种血液动力学参数,并计算相应的FFR值。结果 当弹性模量固定时,随着狭窄率增加,模型中狭窄部位的FFR逐渐减小,且此时其弹性壁与刚性壁的FFR相对差异随着狭窄率的增加而增加;当狭窄率固定为70%时,随着弹性模量增加,FFR会逐渐减小。结论 采用FFR对颈动脉狭窄程度进行功能性评估需要考虑血管壁弹性的影响;狭窄率越大,血管壁弹性模量对FFR的影响越大。

    • 分支血管直径对颅内动脉瘤置入血流导向装置后血流动力学参数的影响

      2020, 35(4):403-409.

      摘要 (277) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 综合考虑血流导向装置(flow diverter, FD)置入对动脉瘤瘤体及分支血管的影响,为临床制定更加合理的FD栓塞颅内动脉瘤手术策略提供参考。方法 基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,创新应用多孔介质模型模拟FD栓塞颅内分叉动脉瘤的过程。分析和比较不同分支血管直径条件下FD置入动脉瘤前后瘤体与分支血管血液流场、血流速度、壁面压力、壁面剪切力(wall shear stress, WSS)等血流动力学参数的变化。结果 FD置入改变动脉瘤内的血流动力学特征,血流速度减小,动脉瘤壁尤其是顶部压力减小,瘤颈口WSS增大,但瘤颈远侧端与近侧端WSS的差异减小。且不同分支血管直径对血流动力学特征改变的影响程度不同,直径越大,FD置入后流入分支血管内血流的减少量越大,但瘤体内血液流速与瘤顶压力的减少量越小,同时瘤颈部WSS增加量越小。结论 分支血管直径越大,FD对动脉瘤的栓塞治疗效果与对血管粥样硬化的改善作用越差,越易造成分支闭塞或其他缺血性并发症的发生。此类情况下进行FD介入栓塞术尤其需要引起临床医师注意。

    • 镍钛合金胸主动脉支架支撑性能数值模拟

      2020, 35(4):410-414.

      摘要 (266) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同支撑体高度、支撑体个数和截面尺寸对镍钛合金胸主动脉支架支撑性能的影响。方法 利用AutoCAD 2016和SoildWorks 2014建立27款不同参数支架模型,利用HyperMesh 14.0进行四面体网格划分,利用ABAQUS 2017进行支撑性能模拟分析。结果 支撑体高度降低,支撑刚度增加;截面尺寸越大,支撑刚度越大;随着支撑体个数增多,支撑刚度增加。支撑性能影响因素中,影响程度由大到小依次为支撑体高度、截面尺寸、支撑体个数。结论 研究结果对胸主动脉支架的开发和研究具有一定指导意义,为临床支架的选择及优化提供理论依据。

    • 微小型无人机失坠对人体头部损伤分析

      2020, 35(4):415-421.

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      摘要:目的 评估微小型无人机由于意外失控坠落对人体特别是头部造成的伤害。方法 采用ABAQUS软件进行动力学数值仿真分析,将无人机简化成不同几何形状自由下落撞击人体头部,分析撞击对人体头部的损伤度。基于人体生物组织性能参数的检索与分析,对人体头颈部通过质量-弹簧系统建模简化,头部则以实际头皮板质细节建模。结果 质量为0.5 kg、下落高度为10 m时,圆盘形无人机简明损伤定级评分(abbreviated injury scale,AIS)为1.04,圆球形和锥形无人机AIS分别为1.95和2.48。若几何形状相同,随着质量和坠落高度的增加,头部冲击加速度和AIS均增加。无人机以不同角度撞击人体头部时,圆盘形无人机冲击加速度和AIS最小,损伤程度最小;圆球形和锥形无人机冲击加速度和AIS差别较小,但损伤度较大。结论 微小型无人机失控坠落撞击时,无人机的坠落质量、高度及接触形状对人体头部的损伤度均有显著影响。

    • 胸腰段骨质疏松椎体的模态分析

      2020, 35(4):422-427.

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      摘要:目的 探索胸腰段骨质疏松椎体自由状态的动力学特性。方法 根据1名健康女性志愿者胸腰段椎体CT数据,利用计算机辅助处理软件实现模型实体化及椎间盘组织补建,导入ABAQUS 6.14软件中,建立正常胸腰段椎体及胸腰段骨质疏松性椎体有限元模型,并进行模态分析。结果 骨质疏松组模型比正常组模型的固有频率降低,振幅增大,随着振动频率增加,模型振动类型由单轴、单向运动转变为多轴、多向运动,且最大振幅责任椎体逐渐下移。结论 模态分析能较好分析胸腰段骨质疏松椎体的动力学特性。骨质疏松患者应尽量避免处于特定的振动环境,降低椎间盘组织退变、胸腰部软组织劳损及椎体后部结构病变的风险。

    • 假肢对线对大腿截肢者健侧膝关节内部接触力学特性的影响

      2020, 35(4):428-435.

      摘要 (184) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究假肢对线对大腿截肢者健侧膝关节内部接触力学特性的影响。方法 通过步态实验分析健全人及大腿截肢者在不同对线条件下行走时下肢运动及地面反作用力(ground reaction force, GRF)差异,并利用三维有限元模型分析接受腔内收和外展的异常对线情况对膝关节内部股骨软骨、胫骨软骨与半月板之间接触力学特性的影响。结果 健全人在GRF第1峰值时刻膝关节接触力主要集中在内侧,在GRF第2峰值时刻接触力主要集中在外侧,而截肢者接触力在GRF的两个峰值时刻都集中在内侧。接受腔对线内收6°会导致膝关节内侧应力、接触力、接触面积均明显增大。结论 截肢者膝骨关节炎发病率高于健全人与其膝关节内侧长期过载有关,接受腔对线内收会增加大腿截肢者健侧膝关节骨关节疾病的风险,临床对线过程中应尽量避免过度内收。

    • 唇侧植骨不同种植修复体的三维有限元分析

      2020, 35(4):436-442.

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      摘要:目的 分析植骨和修复体对种植修复体内部结构及周围骨组织应力分布的影响。方法建立由两种唇侧骨质牙槽骨模型支持且分别为钴铬合金烤瓷冠与二氧化锆全瓷冠修复的上颌中切牙种植修复体模型,对其进行力学加载,分析植骨与修复体对植体内部各结构与植体-骨界面应力分布的影响。结果 植骨组中固位螺丝唇侧体部处及种植体唇侧骨组织中应力远低于非植骨组,但植骨组种植体颈部处的应力则高于非植骨组。相同骨质条件下,二氧化锆全瓷冠组在固位螺丝唇侧体部处的应力大于钴铬合金烤瓷冠组。结论 修复体对种植修复体内部结构及周围骨组织应力分布的影响不大,但植骨影响的唇侧骨质差异可影响固位螺丝体部及植体-骨界面处的应力集中状况。

    • 种植钉辅助扩弓后腭中缝断裂的有限元模型建立

      2020, 35(4):443-316.

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      摘要:目的 用三维有限元方法分析扩弓时上颌复合体应力蓄积至腭中缝完全断裂过程的力学特点,并验证模型有效性。方法 建立包含种植钉的上颌复合体有限元模型。设定腭中缝屈服强度,以每5 ms加载0.25 mm水平横向位移为载荷,加载至腭中缝完全断裂,同时以临床1例种植钉辅助扩弓患者扩弓前后CT影像结果进行对比验证。结果 0~17 ms,腭中缝应力主要蓄积于腭骨水平板、种植钉周围、腭中缝中后方及颧颌缝;18~60 ms,腭中缝中后部出现裂纹并向前后扩展;61~71 ms,腭中缝中后部、前部、后部依次发生断裂。结论 基于断裂力学的种植钉辅助扩弓的三维有限元模型有效,其计算的断裂过程结果更符合临床实际。研究结果为今后更有效研究种植钉辅助扩弓提供力学参考模型。

    • 高脂饮食对大鼠主动脉内皮细胞形态及刚度的影响

      2020, 35(4):449-454.

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      摘要:目的 研究高脂饮食对大鼠主动脉内皮细胞形态与刚度的影响。方法 将SD大鼠随机分为高脂饲养组(AS组, n=3)与对照组(CON组, n=3),利用植块法获得大鼠胸主动脉内皮细胞。在倒置显微镜下观察细胞形态,通过荧光染色比较两组细胞F-actin平均荧光强度,利用原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)检测细胞刚度。结果细胞在植块后第7 d有少量细胞爬出,第14 d细胞融合成单层,利用Ⅷ因子免疫荧光染色法证实为内皮细胞。高脂饮食引起细胞周长(P<0.01)、长轴/短轴比率(P<0.01)、面积增大(P>0.05);细胞圆度减小(P<0.01)。高脂组F-actin平均荧光强度明显高于对照组(P<0.01)。AFM显示高脂饲养引发内皮细胞刚度显著增大(P<0.01)。结论 高脂饮食将引发内皮细胞形态与刚度发生改变,进而影响血管正常功能,使其成为动脉粥样硬化的重要诱因。

    • 带线锚钉植入角度对最大拔出力的影响

      2020, 35(4):455-460.

      摘要 (182) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 基于关节镜肩袖修复(rotator cuff repair, RCR)手术中使用带线锚钉(suture anchor,SA)植入肱骨的角度问题,对带线锚钉的最终拔出强度进行生物力学评估。方法 采用密度分别为0.16、0.32 g/cm3聚氨酯材料模拟骨质疏松性和正常松质骨,厚度3 mm、密度0.64 g/cm3聚氨酯材料模拟人体皮质骨,两种松质骨模型分别与皮质骨模型粘连在一起构造人体肱骨模型。使用钛金属带线锚钉以45°、60°、75°和90°角度植入肱骨模型,对其进行连续的拉拔实验,其中肱骨模型表面和缝线间使用45°锚钉牵引方向模拟岗上肌的生理牵引方向,每组不间断地进行8次测试,记录最终的拔出力和破坏模式。结果 高密度骨质模型的拔出力明显高于低密度骨质模型(P<0.001),且在同密度下,相比45°、60°和75°,90°植入角拥有更大的拔出力(P<0.01)。结论 在肱骨模型中带线锚钉采用90°植入显示出更优的生物力学性能,而且在肩袖修复中锚钉的垂直植入对术中打结和术后冈上肌的恢复均有益处。

    • 单侧全膝置换前后女性患者步态特征分析

      2020, 35(4):461-466.

      摘要 (212) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究单侧全膝置换(total knee arthroplasty, TKA)手术前后女性患者双侧下肢步态特征。方法基于三维步态采集和独立样本t检验,对比10例女性患者单侧TKA手术前后双侧下肢的步态参数,并分别与对照组10例健康志愿者比较,分析女性患者双侧步态差异及分别与正常步态的差异。结果 术前患者非手术侧支撑期、膝关节内收角度峰值、冠状面活动度和屈曲力矩峰值显著大于手术侧 (P<0.05),术后无统计学差异;与对照组比较,术前患者步速、步长较小,双支撑期较长,手术侧膝关节伸展和内收角度峰值、冠状面活动度、屈曲和外展力矩峰值较小,内收力矩峰值较大,非手术侧膝关节伸展角度峰值较小,屈曲和内收力矩峰值较大,均存在统计学差异(P<0.05),术后双侧膝关节伸展角度和内收力矩峰值与对照组的显著差异持续存在(P<0.05)。结论 单侧TKA能减轻患者疼痛,改善双侧下肢步态偏差,但与对照步态仍存在差异。患者肌力及本体感受等关节功能尚未恢复,病理步态与不良体态仍然存在,应加强患侧肌力锻炼及步态矫正训练。女性患者术后同时应注意步速控制,以防膝关节受力增加。

    • 电针对膝骨性关节炎患者登梯垂直地面反作用力及冲量对称性的影响

      2020, 35(4):467-473.

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      摘要:目的 观察电针治疗对膝骨性关节炎患者登梯时下肢关节负荷的影响,探索电针的生物力学效应。方法 膝骨性关节炎患者40例,随机分配至电针观察组及浅刺对照组各20例,最终各18例完成研究。观察组选取7个膝周穴位,连接电针仪;对照组取膝周非经非穴点浅刺后,连接电针仪但不通电。分别于治疗前后采用三维步态分析系统进行登梯生物力学测试,计算垂直地面反作用力峰值、冲量及其对称性。结果 3周治疗后,观察组垂直地反力上梯右足峰值、下梯左足峰值较治疗前增加(P<0.05);上梯左右足冲量、下梯右足冲量较治疗前降低(P<0.05);峰值及冲量对称指数治疗前后比较差异无统计学意义(P>0.05)。浅刺组仅上梯冲量对称指数较治疗前增加(P<0.05)。两组各项指标治疗前后差值的组间比较均无统计学意义(P>0.05)。结论 电针能有效改善膝骨性关节炎患者登梯过程中的关节负荷能力,降低动态累积负荷,可能对减缓病程有帮助。

    • 踝关节不同应力位的动态足底压力特征

      2020, 35(4):474-480.

      摘要 (228) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究踝关节不同侧肢体和应力位的足底压力分布特点。方法 23名健康受试者通过简易定制走道和足底压力测试平板进行踝中立位、踝内翻、踝外翻的足底压力测试,测试指标为峰值压强、接触面积、接触时间百分比、足底内侧峰值压强之和与外侧峰值压强之和的比值(M/L)、足趾峰值压强之和与足跟峰值压强的比值(A/P)。结果 优势腿在第1跖骨的峰值压强明显大于非优势侧,第5跖骨峰值压强明显小于非优势侧。优势侧M/L显著大于非优势侧。除中足、第1趾,其余区域3种应力位的峰值压强存在显著性差异。内翻时各区域的接触时间百分比均大于中立时,外翻时除第2趾其余区域的接触时间百分比大于中立时。内翻、中立、外翻M/L分别为1.24±0.46、1.06±0.26、0.88±0.25;内翻时优势侧M/L大于非优势侧;内、外翻时A/P均大于中立。结论 优势侧踝关节稳定性优于非优势侧。踝关节内翻、外翻时稳定性有所下降。内翻时身体往前、内侧偏移,外翻时则往前、外侧偏移以维持稳定。

    • 在体股后肌群最优长度的测算方法

      2020, 35(4):481-488.

      摘要 (185) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立测算在体股后肌群最优长度的方法,并与其他间接反映最优长度的指标进行对比。方法 通过同步采集屈膝过程的力矩和运动学数据,建立下肢骨骼肌肉模型,获得股后肌群的力量及肌肉长度,进而计算股后肌群各肌肉的最优长度。结果 最大屈膝力矩时膝屈角显著大于股后肌群最大收缩力时膝屈角,两者相关系数为0.741;股后肌群各双关节肌最优长度显著大于站立时的肌肉长度,且两者相关系数较低。结论 所建在体股后肌群最优长度的测算方法,为今后明确股后肌群损伤机制和致伤危险因素的相关研究提供参考。在一定程度上,最大屈膝力矩时的膝屈角可以间接代表股后肌群最优长度。不建议将站立时股后肌群长度代替股后肌群最优长度来使用。

    • 基于步态特征的老年人跌倒风险预警模型

      2020, 35(4):489-495.

      摘要 (197) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 根据6种步态的测试参数分别构建老人跌倒风险预警模型。方法 使用数字化场地采集有跌倒史和无跌倒史老年人的6种步态参数,采用二项logistic回归分析法,建立预测老人跌倒风险的回归方程,构建跌倒预警模型。结果 根据6种步态的测试参数所构建的回归方程均具有统计学意义,预测总体正确率由高到底依次为:闭眼正走(97.1%)、睁眼倒走(92.9%)、闭眼倒走(88.6%)、睁眼正走(87.1%)、睁眼上下转头(85.7%)、睁眼左右转头(82.9%)。所构建的老年人跌倒风险预警模型主要包括判定、测试、提取、计算、预警5个步骤,适合在实验室内对老年人进行步态测试与跌倒风险评估。结论 6种步态的测试参数都能够预测老年人的跌倒风险,其中闭眼正走的预测效果最好,是预测老年人跌倒风险的最佳步态。所构建的老年人跌倒风险预警模型用于预测65~75岁老年人1年内的跌倒风险,并可根据跌倒概率发出预警,对预防老年人跌倒具有积极作用。

    • 可注射封闭性水凝胶力学性质与其止血性能的相关性

      2020, 35(4):496-501.

      摘要 (226) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究封闭性水凝胶力学性质与其止血性能之间的关系。方法 通过测量透明质酸/明胶水凝胶凝固时间、弹性模量、黏性模量、顶破强度和止血性能,与医用纤维蛋白胶止血剂对比,提出凝固时间和力学参数,用于判断封闭性水凝胶应用于临床止血的可行性。结果 凝固时间长以及弹性模量、黏性模量和顶破强度小的水凝胶只可能对小出血量起控制作用,凝固时间短、弹性模量、黏性模量和顶破强度大的水凝胶能有效减少大出血量情况下的血液损失。结论 水凝胶的凝固时间、弹性模量、黏性模量以及顶破强度与其止血性能有关,如果水凝胶封闭止血要达到纤维蛋白胶的止血水平,其凝固时间应小于120 s,弹性模量大于600 Pa,黏性模量大于120 Pa;对于直径2 mm的组织模型破损,顶破强度要不低于10.7 kPa,最好高于16.0 kPa。

    • >综述
    • 血管细胞在体力学微环境简析

      2020, 35(4):502-507.

      摘要 (250) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在脉搏血压和血流作用下血管承受的弹性应力、黏性剪切应力以及管壁基质的力学特性构成血管细胞的在体力学微环境,这些力学刺激参与调控管壁细胞的生物学响应,诱导血管组织的重建和病变。虽然目前有大量关于血管力学生物学的实验研究,但是体外实验中施加的力学刺激与血管生理和病理条件的定量相关性仍缺乏必要的讨论。总结血管细胞在体力学微环境的量化评估方法,聚焦生理位置和老化对管壁力学行为的影响。探讨细胞力学微环境的生理和病理特性,以及对当前血管力学生物学研究的启示。

    • 雪车项目空气动力学研究进展

      2020, 35(4):508-514.

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      摘要:雪车空气动力特性对比赛的结果起着非常重要的作用。为提高运动成绩,需优化雪车空气动力,使其气动阻力尽量减小。国外学者主要是通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟、风洞实验等方法来研究雪车空气动力特性以及优化减阻方法,但国内尚未开展相关研究工作。系统地梳理近20年来雪车项目空气动力学研究成果,主要包括雪车外形以及运动员位置与姿态等参数气动优化的数值模拟与风洞实验,以期对雪车项目气动优化减阻技术要求有一个清晰的认识,并提出雪车项目空气动力学研究未来可能的发展方向:雪车项目空气动力优化系统性研究以及空气动力减阻效果的全面评估;运动员滑行操控与雪车空气动力的相互影响研究。这些研究结果将为雪车项目运动装备优化改进以及运动员日常训练提供重要的科学指导。

    • 关节软骨力学特征研究进展

      2020, 35(4):515-520.

      摘要 (160) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:骨关节炎(osteoarthritis OA)是一种以关节疼痛和僵硬为特征的慢性退行性关节疾患,好发于老年人群。OA发病缓慢,病程较长,早期临床表现和组织学改变均不明显,限制了疾病的早期诊断与治疗。关节软骨微观结构决定了软骨宏观力学特性。软骨微观结构具有区域差异性,导致软骨的力学性能也具有区域依赖性,从软骨浅表区到深区软骨抗负荷、抗形变能力逐渐增加。然而,在OA病程发展过程中,软骨微观构成改变导致OA软骨抗负荷、抗形变能力降低。通过检测关节软骨的微观构成可以推测软骨的力学特性,反之检测软骨的力学指标可以了解软骨早期的微观改变,从而有助于了解OA的病程发展,便于疾病的早期诊断。综述近年来关节软骨在正常和急慢性损伤状态下力学性能的相关研究文献,阐述软骨结构与力学性能之间的关系,为OA的病程发展、早期诊断与治疗提供进一步理论依据。

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