• 2024年第39卷第2期文章目次
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      2024, 39(2).

      摘要 (71) HTML (14) PDF 400.46 K (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2024, 39(2).

      摘要 (58) HTML (7) PDF 31.74 M (268) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >专家论坛
    • 脊柱生物力学2023年度研究进展

      2024, 39(2):187-196. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.001

      摘要 (212) HTML (143) PDF 5.02 M (3353) 评论 (0) 收藏

      摘要:脊柱是人体最重要的骨骼结构之一。 它具有保护脊髓、支持体重、减缓冲击,并允许躯干灵活运动的功能。脊柱生物力学研究对于全面认识脊柱结构功能、疾病发病机制意义重大。 2023 年,国内外学者开展了大量脊柱相关的生物力学研究,包括脊柱基础生物力学的认知,病理条件下脊柱力学特性改变,以及基于生物力学研究基础设 计的各种治疗脊柱疾病办法。 本文着重分析脊柱生物力学 2023 年度研究进展,并以几种较为典型的脊柱疾病或病理状态为例进行详解介绍。

    • 足踝运动损伤2023年度研究进展

      2024, 39(2):197-206. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.002

      摘要 (140) HTML (134) PDF 2.47 M (3273) 评论 (0) 收藏

      摘要:足踝运动医学是近年来逐渐兴起并蓬勃发展的新兴学科,主要聚焦于足踝部韧带、肌腱、软骨损伤的诊断和治疗。本文检索了2023年发表于国际著名期刊中关于足踝运动损伤的相关文献,并对相关最新研究进展进行综述,为今后的研究、诊断及治疗提供新的思路。

    • 骨细胞的力学感受器

      2024, 39(2):207-213. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.003

      摘要 (231) HTML (142) PDF 1007.83 K (3277) 评论 (0) 收藏

      摘要:骨细胞是骨骼中最丰富和寿命最长的细胞,是骨重建的调节器。骨细胞在内分泌调节和钙磷酸盐代谢中发挥重要作用,也是力学刺激的主要响应者,感知力学刺激以直接或间接的方式对刺激做出反应。骨细胞中的力学转导是一个复杂而精细的调节过程,涉及细胞与其周围环境、相邻细胞以及细胞内部不同功能的力学感受器之间的相互作用。目前已知的骨细胞主要力学感受器包括初级纤毛、piezo离子通道、整合素、细胞外基质以及基于连接蛋白的细胞间连接。这些力学感受器在骨细胞中发挥着至关重要的作用,它们能够感知并转导力学信号,进而调节骨稳态。本文对5种力学感受器进行系统的介绍,以期为理解骨细胞如何响应力学刺激和维持骨组织稳态提供新的视角和认识。

    • >论著
    • 人工关节植入物涂层力学性能

      2024, 39(2):214-221. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.004

      摘要 (77) HTML (15) PDF 3.74 M (223) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对多孔型人工关节植入物的涂层性能(包括涂层形貌和涂层力学性能)进行分析,总结目前主流产品的涂层性能范围,为新产品的设计研发提供参考,同时为远期植入物取出分析提供依据。 方法 试验中所用的涂层表面形貌、剪切强度和拉伸强度样品,分别按照 ASTM F1854、ASTM F1044 和 ASTM F1147 标准制备,涂层采用等离子喷涂技术加工。 共对 17 套件产品(编号 1~ 17 号)的涂层表面形貌(涂层厚度、孔隙率和孔隙截距)进行试验;对编号为 1~ 7 号和 15、16 号产品,首先按照 ASTM F1044 的试验方法,进行涂层与基体之间的剪切强度试验;然后按照 ASTM F1147 的试验方法,进行涂层与基体之间的拉伸强度试验。 对编号为 17 的产品,按照 ASTM F1044 和ASTM F1147 的试验方法,分别测试复合涂层和单纯钛涂层的剪切和拉伸强度。 结果 全部产品中,共 15 套产品(占比 88. 2% )涂层厚度 300~ 500 μm;金属涂层的产品共 16 套(编号 1 ~ 16),其中 11 套(占比 68. 75% )涂层孔隙率 30% ~ 50% ,14 套(占比 87. 5% )涂层孔隙截距 50 ~ 150 μm;涂层的力学性能与基体材质无关;添加羟基磷灰石(HA)后的复合涂层的剪切强度和拉伸强度与纯金属涂层相比,均明显降低。 结论 针对多孔涂层人工关节的设计制造,其涂层的性能可以参考以下指标:涂层厚度 300 ~ 500 μm,涂层孔隙率 30% ~ 50% ,涂层孔隙截距 50 ~150 μm;可以根据产品的用途选择基体材质;在设计含有 HA 的复合涂层的植入物时,应考虑结合力较低对产品性能的影响。 该性能指标范围能够为远期临床取出物分析提供对照。

    • 晶体多孔支架的强度与渗透性仿真分析

      2024, 39(2):222-228. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.005

      摘要 (56) HTML (8) PDF 8.17 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响。方法 构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell 1~4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率。结果 8种支架的弹性模量为5.1~10.4 GPa,屈服强度为69~110 MPa,4种晶体支架的渗透率为1.5×10-8~3.0×10-8 m2。结论 随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计。

    • 形状记忆合金骑缝钉内固定在三关节融合术中的力学特性分析

      2024, 39(2):229-235. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.006

      摘要 (60) HTML (10) PDF 6.32 M (222) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究加压空心螺钉及形状记忆合金骑缝钉在三关节融合术内固定中的生物力学差异,为形状记忆合金骑缝钉的临床应用提供参考。 方法 选择1例重度僵硬型马蹄足患者的足部二维CT数据,通过Mimics和Geomagic软件构建三关节融合术后模型,并利用SolidWorks 2021软件建立三关节融合内固定几何模型;根据使用固定钉类型和组合方式(加压空心螺钉和形状记忆合金骑缝钉)分为A、B、C、D共4种固定方案;在ABAQUS软件中分析模拟中立位生理载荷下不同内固定方案模型的生物力学特性。结果 方案D内固定模型距下、距舟、跟骰关节融合面端面最大位移均大于方案A、B、C;方案D内固定模型距舟关节、跟骰关节融合面内外侧位移之差分别为13.10%、13.60%,与其他3种固定方案相比融合面位移更接近于平行位移;方案D内固定模型距下、距舟、跟骰关节融合面最大von Mises应力均大于方案A、B、C。结论 应用方案D(距舟关节和跟骰关节融合面使用骑缝钉内固定,距下关节融合面使用加压空心螺钉内固定)能够使三关节融合术后内固定融合面具有稳定性,并为其提供近似平行微动,产生适当的融合面应力使融合端面接触更紧密,促进骨痂生长,获得更佳的融合效果。

    • UKA假体后倾角安装位置对衬垫磨损的影响

      2024, 39(2):236-242. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.007

      摘要 (72) HTML (9) PDF 3.93 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响。 方法 联合 UKA 骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式 UKA 假体 5种后倾角安装位置情况对术后膝关节力和运动、衬垫接触应力、线性磨损深度和体积磨损量的影响。 结果 后倾角 0°时,衬垫的最大 von Mises 等效应力为 24. 84 MPa,接触应力为 47. 61 MPa,5百万次循环(million cycle, MC)周期的磨损量为 47. 29 mm3。 随着 UKA 胫骨假体后倾角的增加,步态周期内旋和后移运动均增大,摆动相的内侧关节力增大,5 MC 磨损周期后衬垫 von Mises 等效应力与接触应力显著减小,衬垫的磨损面积、最大线性磨损深度和体积磨损量随之减少。 相对于后倾角 0°,后倾角为 3°、5°、7°时衬垫的线性磨损深度分别减小了 17. 8% 、19. 2% 、20. 6% ;衬垫体积磨损量分别下降了 24. 5% 、30. 9% 、34. 3% 。 结论 UKA 假体考虑后倾角安装超过 3°时会显著增加步态周期内旋运动和后移运动,减小聚乙烯衬垫关节面的磨损。

    • 膝关节统计学形状模型的几何外形有效性验证

      2024, 39(2):243-249. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.008

      摘要 (87) HTML (10) PDF 7.40 M (203) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 获取中国男性健康膝关节的解剖参数范围,并验证健康膝关节统计学形状模型(statistical shape model, SSM)在几何外形上的有效性,为基于膝关节SSM的假体设计提供依据。方法 采集112例健康男性膝关节CT影像,建立三维膝关节模型,每例模型都单独作为目标模型,剩余模型作为训练集进行主成分分析(principal component analysis, PCA),将得到的SSM向着目标模型进行拟合预测,得到SSM拟合模型。在样本模型和SSM拟合模型上分别标记出相同的解剖测量点,并得出17个线性参数和3个角度参数。对解剖参数值采用独立样本t检验和Mann-Whitney U检验进行统计学检验,若得出的P值均大于0.05,则证明SSM在几何外形上的有效性。结果 解剖参数的定性和定量对比分析的结果显示,线性参数值的平均偏差均小于6 mm,角度参数值均小于2.5°;统计学检验的结果显示所有解剖参数的P>0.05,证明膝关节SSM拟合模型与真实健康模型在几何外形上不具有统计学差异。结论 获得了健康膝关节解剖参数的参考范围,并验证了膝关节SSM模型在外形上与真实健康模型具有一致性。研究结果为基于膝关节SSM的假体设计提供依据。

    • 人体脊柱动力学数值仿真分析模型建立及验证

      2024, 39(2):250-257. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.009

      摘要 (91) HTML (10) PDF 6.88 M (294) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立T2~L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑。方法 基于CT扫描图像数据建立T2~L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12~L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2~6、T7~11和T12~L5 3段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析。结果 T12~L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°~1.55°,与文献数据吻合良好。在不同跌落高度下,T2~6、T7~11和T12~L5 3段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7~5.3、1.3 ~5.5、1.3~7.5 kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制。 结论 本文所建立T2~L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性。

    • 腰椎间盘突出症患者坐立过程的动力学特征

      2024, 39(2):258-264. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.010

      摘要 (82) HTML (9) PDF 3.80 M (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation, LDH)患者在坐立过程中疼痛对腰椎和髋关节力矩的影响。方法 应用AMTI测力台采集20例健康对照与20例LDH受试者的动力学数据,通过统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)分析两组受试者在坐立任务中腰椎与髋关节在矢状面和冠状面的力矩差异。结果 与健康对照组相比,LDH受试者从站立回到坐位过程中腰椎最大屈曲力矩与髋关节最大内收力矩明显增高(P<0.05)。SPM分析显示,在站立初期阶段(37%~42%),LDH组髋关节外展力矩大于健康对照组,存在统计学差异(P=0.007)。结论 LDH受试者在坐立过程中腰椎骨盆不够稳定,尤其站立静止阶段,难以使身体达到平衡状态,需增加髋关节外展力矩来维持骨盆稳定。在临床评估治疗中应重点关注脊柱与骨盆的稳定功能。

    • 新型骶髂拉力钉生物力学性能评价

      2024, 39(2):265-271. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.011

      摘要 (58) HTML (12) PDF 7.18 M (192) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究一种具有螺旋刀片结构新型骶髂拉力钉的生物力学性能。 方法 用临床中常用的骶髂经皮拉力钉作为对照。使用聚氨酯材料模拟松质骨,利用Instron力学试验机测试对比抗拔出性能。然后使用骨盆标本,以正常骨盆、单侧骶髂关节损伤骨盆、骶髂经皮拉力钉-单钉修复、骶髂经皮拉力钉-双钉修复骶髂关节损伤为对照,分析新型骶髂拉力钉修复正常站立姿态骶髂关节损伤的静态刚度和动态稳定性。 结果 新型骶髂拉力钉组拉力钉拔出后的聚氨酯材料破坏更小。新型骶髂拉力钉抗拔出的有效把持位移显著大于骶髂经皮拉力钉(P﹤0.05)。但骶髂经皮拉力的最大抗拔出力显著大于新型骶髂拉力钉(P﹤0.05)。骶髂关节损伤修复后,采用1枚骶髂新型骶髂拉力钉刚度显著高于骶髂经皮拉力钉-双钉修复组(P﹤0.05)。骶髂关节损伤组的位移振幅最大,其次为正常组;其余组别的位移振幅较为接近,但差异具有统计学意义(P﹤0.05)。新型骶髂拉力钉修复的动态稳定性最优,略优于骶髂经皮拉力钉-双钉修复组,骶髂关节损伤组的稳定性最差。新型骶髂拉力钉能有效修复骶髂关节损伤。结论 骶髂新型骶髂拉力钉能更有效地把持松质骨,具有一定的临床实用性。

    • 拇外翻足三维有限元模型构建及其第1、2跖列生物力学分析

      2024, 39(2):272-277. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.012

      摘要 (59) HTML (12) PDF 4.30 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立拇外翻足的有限元模型,研究不同拉力下第1、2跖列的应力及位移变化情况。 方法 将采集的拇外翻病人足部CT图像导入Mimics软件,重建足部三维骨骼模型;利用3-matic软件对重建出的模型进行网格划分与体网格生成;将优化处理过的模型导入ANSYS中进行有限元分析,通过改变拉力大小、方向验证拉力与第1、2跖列的应力、位移之间的关系。结果 对第1近节趾骨施加不同大小、方向的拉力,当力小于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨位移变化较为明显,拉力每增大2 N,位移约增加1 mm;当力大于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨应力不断增加,而位移只发生微小变化;而当力保持12 N不变,以15°间隔改变力的方向时,第1、2跖列的应力及其分布随方向的变化而改变,同时位移也会产生相应的变化,且当力的方向与第2趾骨方向越趋于垂直时,第1趾骨产生的位移越大。结论 有限元分析技术可以形象、准确地分析第1、2跖列在不同拉力下的应力及位移变化情况,为拇外翻矫形器的设计奠定基础。

    • 扁平足患者足底压力与足底感觉特征

      2024, 39(2):278-284. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.012

      摘要 (38) HTML (11) PDF 1.82 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究不同足型人群足底压力与足底感觉之间的关系,为扁平足患者损伤评价以及运动恢复提供理论参考。方法 通过三维足型扫描仪,对招募的受试者进行初步筛查;根据足弓指数进行组别划分,正常足组16人,扁平足组16人。使用Footscan高频足底压力测试系统和Semmes-Weinstein Monofilaments单丝测试分别进行组别间的足底压力和足底感觉测试。对测试结果进行统计描述和相关性分析。结果 扁平足组左右足弓与左右足跟内侧区域的足底压力冲量相较于正常足组存在显著增加的趋势(P<0.05);扁平足组第1跖骨以及足弓位置的足底感觉阈值相较于正常足组更低(P<0.05);扁平足组左脚(P=0.012,R=0.500)和右脚(P=0.021,R=0.341)足弓位置的足底感觉与足底压力之间存在显著的正相关。结论 扁平足人群足弓降低和过度外翻的结构特点,导致其足弓和足跟内侧位置的足底压力冲量增大,足底感觉敏感性阈值降低;同时,足底感觉与足底压力之间存在相关性,足弓足底压力冲量负荷越大,足底感觉阈值越低。

    • 视觉对人体姿势控制影响的脑功能网络连接机制

      2024, 39(2):285-292. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.014

      摘要 (34) HTML (9) PDF 3.83 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究视觉对人体姿势控制影响及其脑功能网络连接机制。方法 以15名健康青年为研究对象,要求受试者分别进行30 s睁眼、闭眼的双腿站立平衡,采集平衡过程中身体压力中心(center of pressure, COP)和脑电。对COP进行样本熵(SampleEn)计算;对脑电θ、α和β频段,计算相位滞后指数(phase lag index, PLI)构建大脑功能网络,并基于图论计算集聚系数(C)、特征路径长度(L)及小世界网络属性(σ)。结果 人体在双腿站立平衡过程中,闭眼COPY样本熵显著高于睁眼(P<0.05)。闭眼α频段PLI平均值显著高于睁眼(P<0.05);闭眼α频段C、σ显著高于睁眼,L显著低于睁眼(P<0.05)。闭眼时α频段额区-中央区-顶区之间的网络连接以及中央区和顶区内连接强度显著高于睁眼(P<0.05)。闭眼时α频段PLI平均值以及C值与COPY样本熵中度呈中度负相关(P<0.05)。睁眼时左前额区、左顶区、左枕区α频段PLI平均值与COPY样本熵呈中度负相关;闭眼时左中央区、右枕区α频段PLI平均值则与COPY样本熵呈中度负相关。结论 人体在站立平衡时,当没有视觉信息输入时,身体平衡稳定性下降,同时伴随着脑电α频段的脑网络连接增强以及大脑处理信息的效率需提升。人体在不同的视觉条件下进行姿势控制时,大脑会采用不同的神经策略。

    • 高精度经颅直流电刺激对踝关节跖背屈疲劳任务中脊髓运动神经元兴奋性的影响

      2024, 39(2):293-298. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.015

      摘要 (69) HTML (9) PDF 2.37 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究踝关节跖背屈疲劳任务中高精度经颅直流电刺激(high-definition transcranial direct current stimulation,HD-tDCS)对H-反射和M-波的调控效果,为HD-tDCS减轻神经肌肉疲劳的实际应用提供方向。方法 招募20名健康青年男性受试者,随机分为真刺激组和假刺激组各10名。对受试者采取连续5 d的单盲HD-tDCS干预(时间20 min;强度2 mA;靶点Cz),干预前1天采集受试者安静条件下的H-反射和M-波,跖屈肌最大自主收缩(maximal voluntary isometric contraction,MVIC)时的M-波,跖屈肌和背屈肌MVIC力矩,并进行一次踝关节跖背屈运动性疲劳任务,以确定受试者达到该任务疲劳的时间。干预后1天进行与第1次疲劳任务相同的运动时间,并进行后测的数据采集。采用重复测量双因素(刺激方案×疲劳前后)方差分析其自变量对受试者肌肉力学特性、α运动神经元传导特性各指标的影响。结果 相较于疲劳前,两组疲劳后的自主激活值(voluntary activation,VA)、H-反射最大值(maximal H-reflex,Hmax)、M-波最大值(maximal M-wave,Mmax)、跖屈肌和背屈肌MVIC力矩均显著降低(P<0.05),但相比于真刺激组,假刺激组的VA和背屈肌MVIC力矩下降更为显著(P<0.05)。结论 连续5 d的HD-tDCS干预有助于提高脊髓节段α运动神经元的活性,且能抑制跖背屈疲劳诱发的外周“神经-肌肉”接头处信息传递能力的下降。

    • 易筋经特定动作“卧虎式”治疗非特异性腰背痛的结构方程建模及相关分析

      2024, 39(2):299-304. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.016

      摘要 (49) HTML (6) PDF 1.75 M (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 为从身体、行为、心理三方面进行多学科整体干预,阐释非特异性腰背痛(non-specific low back pain, NSLBP)的内在机制。方法 收集易筋经特定动作“卧虎式”治疗NSLBP的相关表面肌电(surface electromyography, sEMG)信号、三维步态分析系统信号、心理量表结论等,将收集数据通过结构方程方法分析、建模,形成“多裂肌-运动功能-生活质量”特征模型,以期阐述易筋经“卧虎式”训练治疗NSLBP的作用机制。结果 NSLBP患者腰部L5~S1多裂肌sEMG信号与治疗前相比有显著增加(P<0.05)。患者治疗后步幅、步频、步速、髋屈曲最大角度、膝屈曲最大角度均显著增加(P <0.05);支撑相、摆动相、踝跖屈最大角度均显著降低(P <0.05)。“卧虎式”训练前后患者SF-36评分生理、心理、精神、情感差异均有统计学意义(P<0.05);结构方程模型(structural equation model,SEM)表明平均肌电(average electromyography,AEMG)、步长对于Roland-Morris评分、SF-36评分均产生0.001水平的显著影响;AEMG、步长对于Roland-Morris评分、SF-36评分产生正向的影响关系;标准化载荷系数均大于0.6,模型拟合效果良好。结论 SEM模型拟合效果良好,模型结果可靠,能够多层面有效阐述易筋经特定动作“卧虎式”治疗NSLBP的作用原理。

    • 基于SGGC-Net的动作捕捉系统解析行走步态的信度与效度

      2024, 39(2):305-311. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.017

      摘要 (68) HTML (9) PDF 2.43 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 以有标记点三维运动捕捉系统(Vicon)为参照标准,比较基于SGGC-Net的动作捕捉系统(SGGC-Net系统)和SIMI系统解析行走步态的信度和效度。方法 招募30名健康大学生,分析其在跑步机行走时的步态特征。应用Vicon系统12台红外摄像头及4台摄像机同步采集运动学数据,获取右侧参与者肩、肘、髋、膝和踝关节三维空间角度。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)及其95%置信区间和测量标准误差(standard errors of measurement,SEM)评估信度;采用多重相关系数(multiple correlation coefficients,CMC)和均方根误差(root mean square error,RMSE)评估效度。结果 SGGC-Net系统解析上、下肢三维空间角度最大、最小值的ICC范围为0.798~0.990,SEM范围为0.04°~0.95°;SIMI系统的ICC范围为0.650~0.967,SEM范围为0.31°~1.24°。除髋关节最小角度和膝关节最大角度外,SGGC-Net系统解析所有角度的ICC均高于SIMI系统,且SEM均低于SIMI系统。与Vicon系统得出的上、下肢主要关节角度曲线相比,SGGC-Net系统得出的曲线CMC范围为0.945~0.996,RMSE为1.44°~4.65°;SIMI系统的CMC范围为0.815~0.986,RMSE为2.56°~9.99°。除踝关节外,SGGC-Net系统在所有角度上的CMC均大于SIMI系统,RMSE均小于SIMI系统。结论 SGGC-Net系统在大多数指标中的信度和效度优于SIMI系统,其在解析行走步态时具有较好的可重复性和准确性,可适用于无标记点情境下的动作捕捉,如运动员动作技术分析与特殊人群的临床步态解析。

    • 基于最优拉丁超立方设计的糖尿病足鞋垫优化设计

      2024, 39(2):312-318. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.018

      摘要 (41) HTML (5) PDF 3.97 M (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种鞋材弹性模量与厚度联合优化设计糖尿病足鞋垫的方法,以降低足底压力和软组织内部应力。方法 通过逆向工程方法建立足部有限元模型,基于足底压力分布特征划分鞋垫压力区域,采用有限元法对接触力学进行研究,为优化过程中调整不同区域内材料的弹性模量和鞋垫前后足厚度奠定基础,使用最优拉丁超立方设计得到最优参数组合。结果 设计的鞋垫增加约37.55%的足底接触面积,跖骨区和足跟区的压力峰值分别降低15.07%、36.96%,足跟处软组织内部应力降低20.83%,足底筋膜张力降低约60%。结论 所提出的方法可用于设计定制鞋垫,设计的个性化鞋垫具有更大的接触面积和降低糖尿病足底溃疡的良好潜力。

    • 基于PVDF柔性传感器的不同介质中冲击波 波源测量与频谱分析

      2024, 39(2):319-325. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.019

      摘要 (76) HTML (7) PDF 2.37 M (161) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征。方法 采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生的冲击波形,分析波源的时域特征和频谱特性。结果 在相同气压冲击下,冲击头在仿体界面和水界面产生的冲击波波形相似,二者与空气界面产生的冲击波波形存在较大差异,空气界面的正负压绝对值明显减小;不同介质中产生的冲击波频谱特性相似,都存在3个明显的峰值频率,仿体、水和空气中调制频率分别为12.2、8.5、7.2 kHz,载波频率基本无变化(82~83 kHz)。不同气压冲击下,冲击头在同一介质界面产生的冲击脉冲波波形差异不大,冲击气压仅影响冲击波幅度,不影响峰值频率。随着冲击气压的增大,介质界面正负压绝对值增大,变化基本呈线性。结论 PVDF柔性传感器可以有效测量冲击波波源,不同介质界面产生的冲击波在时域和频域都存在一定差异,不能简单以空气或水中的冲击波传播特性代替生物组织中的传播特性。研究结果可以为冲击波设备的评估和临床冲击波治疗方案的制定提供重要信息。

    • 两种隐形正畸序列磨牙远移的有限元比较

      2024, 39(2):326-331. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.020

      摘要 (53) HTML (4) PDF 4.09 M (227) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 比较两种远中移动序列的无托槽隐形矫治在磨牙远移方面的执行效果。方法 建立包含牙体、牙周膜、牙槽骨及隐形矫治器的下颌右侧7颗牙齿有限元模型,分别选用两种推磨牙远中移动对牙齿进行模拟第二磨牙远移0.5 mm的过程,采用牙槽骨重建技术模拟长期牙齿移动效果。结果 V型、ZC远中移动序列第二磨牙最大远中位移分别为0.27、0.34 mm,ZC远中移动执行效率增大13.34%;牙齿内倾分别矫正0.18、0.44 mm,舌侧内倾角度分别矫正1.15°、2.69°,ZC舌侧内倾矫正率提高15.01%;远端倾斜分别增大1.83°、0.84°,ZC远中移动远端倾斜角度减小54.10%。结论 ZC远中移动序列方法在无托槽隐形矫治中能够更有效地实现磨牙远中移动,减少磨牙远中倾斜和矫正磨牙舌侧内倾,为无托槽隐形矫治创造前牙间隙提供有利条件。

    • 基于CT影像的胆囊体积计算方法及其运动功能

      2024, 39(2):332-338. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.021

      摘要 (37) HTML (10) PDF 5.11 M (220) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 评价基于CT影像三维重建胆囊体积计算方法的准确性,并研究胆囊运动中的生物力学变化,探索胆囊动力学变化与胆结石形成的关系。方法 提出一种基于CT影像三维重建胆囊模型来计算胆囊体积的方法,并与椭球体法进行比较;构建胆囊有限元模型并进行流体力学分析,模拟胆囊出口胆囊管与胆总管汇合不同角度下及伴有结石状态下的胆囊运动功能变化。结果 比较50位患者的特异性胆囊模型体积和椭球体法体积,对应平均误差分别为7.26%和25.35%。梨形胆囊再充盈期最大压力、最大变形和最大流速都明显大于葫芦形胆囊。胆囊管与胆总管之间的夹角对胆汁流型影响不大,夹角为120°时胆汁流速最大。伴有结石胆囊的胆汁流速小于无结石胆囊,且在结石附近产生漩涡。结论 基于CT影像三维重建计算胆囊体积较传统椭球体法更准确。相对于梨形胆囊,葫芦形胆囊的胆囊壁收缩和胆汁流速较小,运动功能差。伴结石胆囊的胆汁流速较慢,更易导致结石增大或新结石形成。

    • 胃肠微环境下吻合钉仿生表面对细菌黏附的微流场仿真

      2024, 39(2):339-345. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.022

      摘要 (58) HTML (7) PDF 5.63 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 模拟在吻合钉植入人体以后,吻合钉表面与肠壁组织之间的微流场环境,研究其仿生疏水化表面对细胞外液流速和壁面处流体剪切力的影响,进而通过流场的变化从而调控细菌的黏附。方法 观察鲨鱼皮肤微结构,建立细菌在微流场环境中的简化二维运动模型。通过计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)数值仿真,模拟静态流场和动态流场中,细菌分别在光滑表面和微织构表面的运动,比较两种表面环境下细菌周围的流场特征和流体剪切力,分析流体剪切力影响细菌黏附的内在机制。 结果 仿生微织构的加入增强了微流场内细胞外液的流速,在静态流场中流体对细菌的黏滞作用较小;动态流场中流体对细菌的推动作用更强;一定范围内的微坑宽度使微织构壁面所受流体剪切力更大。结论 吻合钉的仿生微织构表面,加快了细胞外液的流速,提高了微织构壁面和细菌所受流体剪切力,对细菌的附着有一定影响。研究结果为吻合钉抑菌表面的研究提供了理论依据。

    • 冠状动脉造影微循环阻力指数对急性ST段抬高型心肌梗死患者急诊PCI术后预后的评估价值

      2024, 39(2):346-354. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.023

      摘要 (66) HTML (19) PDF 2.78 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究冠状动脉造影微循环阻力指数(coronary angiography-derived index of microcirculatory resistance,caIMR)对急性ST段抬高型心肌梗死(ST-segment elevation myocardial infarction,STEMI)患者行急诊经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention,PCI)术后发生主要心血管不良事件(major adverse cardiovascular events,MACE)的预测价值。方法 连续纳入2019年9月~2022年3月在徐州医科大学附属医院诊断为STEMI的患者541例。使用FlashAngio系统(苏州润迈德医疗科技有限公司)计算caIMR。按照住院或随访期间MACE发生与否将患者分为MACE组和非MACE组,MACE定义为全因死亡、心力衰竭再入院、非计划性血运重建。采用COX回归分析、受试者工作特征(receiver operating characteristics, ROC)曲线、Kaplan-Meier生存曲线探究caIMR对STEMI患者急诊PCI术后预后的评估价值。结果 随访时间为1年,其中发生MACE 61例(11.28%)。与非MACE组比较,MACE组患者有着更高的caIMR。多因素COX分析表明caIMR是MACE的独立危险因素。ROC曲线分析结果显示,caIMR预测MACE的曲线下面积 0.688,最佳截断值为25.3 U。caIMR加入到临床危险因素模型中后显著增加了模型的判别和重新分类能力;进一步将患者分为低caIMR组(caIMR<25 U,n=377)和高caIMR组(caIMR≥25 U,n=164)。Kaplan-Meier曲线显示caIMR≥25 U患者预后更差。结论caIMR是STEMI患者行PCI术后预后不良的独立危险因素,caIMR≥25 U患者预后更差。

    • >综述
    • 小口径人工血管的研究现状及展望

      2024, 39(2):355-360. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.024

      摘要 (91) HTML (16) PDF 974.72 K (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,由于心血管疾病发生率逐渐上升,临床上对再生血管的需求日益增加。目前,大口径人工血管(直径>6 mm)已成功应用于临床,小口径人工血管(直径<6 mm)由于血栓形成、内膜增生、炎症反应和顺应性差导致血流动力学改变等原因,使其移植后远期通畅率低,距离临床应用尚有一段距离。其中,快速内皮化、抑制血栓形成及与自体血管相匹配的顺应性仍是解决问题的关键。本文简述制备小口径人工血管常用材料及技术的特点,重点讨论提高人工血管生物相容性和顺应性的策略,并对未来的研究工作进行展望。

    • 利用光电容积描记法评估心血管系统功能研究进展

      2024, 39(2):361-367. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.025

      摘要 (85) HTML (17) PDF 1.60 M (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:综述国内外有关光电容积描记法(photoplethysmography,PPG)的心血管系统功能评估作用,以期为PPG的医学应用及创新研究提供理论参考与借鉴。现阶段可从PPG信号中解析得到心率、心律、血压、容量等功能评价指标,PPG还可辅助识别诊断血压异常、糖尿病、心律失常、睡眠呼吸暂停综合征、早期缺血性休克等疾病。但PPG精确度与准确性、数据解释及标准化、波形分析和临床应用等方面仍存争议。PPG作为有效评估心血管系统功能状态与辅助诊断各类疾病的工具,已被广泛应用于医疗及科研领域并展现出重要价值,未来其有面朝高精度、多参数、非接触式、远程监护或医疗等方向多路发展的趋势。

    • 衰老引发的糖萼损伤与血管功能障碍

      2024, 39(2):368-374. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2024.02.026

      摘要 (154) HTML (9) PDF 2.67 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:血管内皮糖萼(endothelial glycocalyx,EG)是位于血管内表面的一层多糖蛋白复合结构,其损伤与动脉粥样硬化、中风、脓毒症、糖尿病、肾脏疾病、高血压、肺水肿等诸多疾病存在关联。基于此,糖萼的健康程度已被列为评估血管健康的重要指标。研究表明,衰老会伴随糖萼发生退行性改变,体现在其厚度变薄、合成及降解相关酶基因水平的失调等方面。作为血管的天然保护性屏障,衰老引发的糖萼损伤与血管舒缩功能受损、通透性增大、炎症及免疫反应失调、凝血/抗凝功能失衡等存在关联。从“结构决定功能”角度出发,开展衰老过程中糖萼厚度、成分、微观结构、力学特性等变化规律及其与血管功能障碍的相关性研究,对于预防、诊断、治疗动脉粥样硬化等年龄相关性心血管疾病具有重要意义。

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