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    • 足弓生物力学相关研究进展——对新研究范式的思考
    冯梓誉 , 李义凯 , 徐楚江 , 李具宝 , 陈超
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    “扁平足”等传统诊断由于定义模糊逐渐被学界边缘化，更能反映疾病生物力学动态变化过程和病理生理特点的诊断——进行性塌陷性足部畸形（PCFD）正成为足踝研究的热点。单纯形态学测量难以精准评估足弓健康状况，足弓生物力学机制导向的临床框架仍有待研究。然而，在生物力学方面，旧的“移动适应-刚性杠杆”理论框架因缺乏证据，近年来备受质疑。足弓生物力学的研究范式正面临重大转变。同时，不少高质量研究验证了部分足弓力学机制，为学科发展奠定了坚实的基础。本文将整理足弓生物力学相关研究进展，并提出对新研究范式的思考，以期为研究人员和临床工作者提供参考。
    胫骨结节不同截骨平面对胫骨高位截骨术后膝关节应力影响的有限元分析
    范帅 , 韩龙飞 , 韩明丽 , 罗贵锋 , 田龙 , 李美霞 , 杨帆 , 何敏聪 , 魏秋实
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    目的 建立膝骨关节炎（Knee osteoarthritis, KOA）内侧楔形胫骨高位截骨术胫骨结节不同截骨线的有限元模型并进行生物力学分析，为内侧楔形胫骨高位截骨术截骨线的选择提供力学依据。方法 选择1名健康成人左下肢膝关节为研究对象，获取CT数据并导入Mimics 22.0软件，重建完整膝关节模型，导入Solidworks 2023软件中根据标准化方法分别构建内侧楔形胫骨高位截骨术结节上截骨与结节下截骨两种术式的有限元模型。为对两种术式作进一步比较，分别构建下肢力线与胫骨平台交点内侧占比为50%、55%、60%、62.5%、65%、70%的12个截骨有限元模型。根据生理状态下下肢负荷情况，胫腓骨远端在所有自由度上（XYZ-X-Y-Z）完全固定，在股骨头表面负重区施加沿下肢力线方向且大小为受试者体质量的合力，利用有限元分析软件Abaqus 2021计算并观察胫骨平台、膝关节内软骨、半月板、“T”形钢板、螺钉及胫骨结节处最大Mises应力情况。结果 研究建立的下肢膝关节模型基本符合真实条件下力学情况。在相同载荷下，两种胫骨高位截骨术式相比，无论下肢力线如何，内侧胫骨软骨及半月板的最大应力在结节上截骨术中（例如力线在50%时内侧胫骨软骨及半月板分别为14.20MPa、13.35MPa）均显著高于结节下截骨术（同前应力分别为7.82MPa、9.62MPa）。在60%-70%力线范围内时，对于外侧胫骨软骨及半月板，其最大应力在结节上截骨术中（例如力线在70%时外侧胫骨软骨及半月板分别为8.79MPa、6.98MPa）显著高于结节下截骨术（同前应力分别为5.69MPa、5.89MPa）。对于力线调整最佳值，结果表明两种截骨术膝关节内力学行为均在力线值为62.5%时表现最佳。当力线值从50%-70%时，膝关节内应力负荷由内向外传导。当纠正力线值为62.5%时，胫骨平台最大应力在内外侧近似均匀分布（结节下截骨：内侧1.29MPa;外侧1.40MPa），且内/外侧胫骨软骨（结节下截骨：3.65MPa/3.89MPa）、半月板最大应力值（结节下截骨：4.42MPa/3.41MPa）趋近相等。两种术式比较分析，表明胫骨结节下截骨在逆转膝关节内高应力状态方面更具优势。结论 从生物力学角度来看，对于内翻畸形KOA患者，内侧楔形结节下胫骨高位截骨术在逆转膝关节内高应力负荷方面更具优势，且最佳纠正程度为力线与胫骨平台交点内侧占比62.5%时。因此，在临床决策中，内侧楔形结节下胫骨高位截骨术在KOA截骨方案中应被予以重视。
    3D打印矫形鞋垫干预儿童青少年柔韧性扁平足疗效分析
    周鼎 , 姜雅文 , 王玲 , 刘昆朋 , 杨浩 , 刘家齐 , 王赞博 , 张昌入 , 曾红 , 张勇 , 王金武
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    目的：探讨3D打印鞋垫与预制鞋垫对儿童青少年柔韧性扁平足的干预效果差异，分析两者穿戴6个月后影像学、足部形态及静态足压变化。方法：纳入40例柔韧性扁平足患者，随机分为实验组（n=20，使用3D打印矫形鞋垫）和对照组（n=20，使用预制鞋垫）。两组均每天穿戴鞋垫干预6个月。评估干预前后足姿指数6项、足部功能指数影像学测量、足部形态以及足底压力分布指标。结果：干预后，实验组足姿指数6项降低1分（P=0.002），且两组干预前后足部功能指数中疼痛评分显著减小（实验组2.06，对照组2.14，P < 0.001）。实验组的外侧纵弓角减小3.02°（P=0.010）、内侧纵弓角减小4.41°（P=0.000）、距骨第一跖骨角（MA角）减小3.37°（P=0.001）跟骨倾斜角增大2.09°（P=0.004）及距舟覆盖角增加11.05°（P=0.007）均改善，且MA角呈现出显著的时间组别交互效应（P=0.000，η2= 0.096）。实验组干预后舟骨高度增加1.08cm（P=0.007），经足底压力分析显示，实验组中足压力显著降低1.64%（P=0.011），后足压力呈现出显著的时间组别交互效应（P=0.005，η2= 0.271）。结论：两种鞋垫均能一定程度改善青少年柔韧性扁平足不良的足部形态，但3D打印矫形鞋垫在对柔韧性扁平足的结构矫正和优化足压分布方面可能展现出更好的效果。
    不同内侧髌骨韧带重建髌骨侧固定技术的生物力学研究
    咸宝 , 盛晓赟# , 王修远 , 何浩田 , 王力飞 , 耿斌 , 夏亚一
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    目的： 复发性髌骨脱位(RPD)治疗中,内侧髌骨韧带重建(MPFLR)的髌骨侧固定方式多样但缺乏共识。本研究旨在通过体外生物力学试验,比较四种不同髌骨侧固定重建方式(缝线锚钉、L型骨隧道、U型骨隧道、三通缝线)生物力学数据,为临床选择提供依据。方法： 选取47例新鲜冷冻猪髌骨,随机分为四组(每组最终n=10),分别采用缝线锚钉固定(组1)、L型骨隧道固定(组2)、U型骨隧道固定(组3)和三通缝线固定(组4)重建模拟MPFL髌骨止点,使用牛伸肌肌腱作为移植物。利用电动拉压疲劳试验机,对所有样本进行预处理(5-20N, 10周期)、循环加载(5-50N, 1000周期)和最终极限载荷测试(30mm/min)。记录并分析1000次循环后的伸长率、极限失效载荷、刚度及失效模式。结果：四组在1000次循环后的伸长率(组1: 5.3±1.1mm, 组2: 4.7±1.6mm, 组3: 4.4±1.0mm, 组4: 5.3±1.2mm)无统计学差异(P>0.05)。缝线锚钉组(组1, 490.9±124.9N)的极限载荷显著高于U型隧道组(组3, 300.9±146.0N)和三通缝线组(组4, 243.4±43.0N)(P<0.05),且三通缝线组显著低于所有其他组(P<0.05)。L型隧道组(组2, 431.1±119.0N)与其他组无显著差异。三通缝线组(组4, 31.5±6.2)刚度显著低于其他三组(P<0.05),其余三组间(组1: 40.9±5.3, 组2: 45.7±11.9, 组3: 48.7±13.5)无显著差异。组1、组3、组4主要失效模式为肌腱断裂；组2有3例(25%)发生L型隧道处髌骨撕裂；组4有50%因缝线断裂失效。结论： 在体外生物力学测试中,缝线锚钉固定重建方式展现出最高的极限失效载荷,其刚度与骨隧道固定方式(L型、U型)相当,且不增加循环伸长率。三通缝线固定方式在极限载荷和刚度方面表现最弱。L型隧道固定存在髌骨撕裂风险。本研究结果提示,缝线锚钉固定可能为MPFL重建髌骨侧提供更优的生物力学稳定性,为临床术式选择提供了重要的生物力学参考依据。
    血流限制训练对髌股关节疼痛者膝关节功能及跑步时生物力学特征的影响
    曹传宝 , 崔博文 , 袁书芳 , 何瑞波 , 马刚
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    目的：对比低强度抗阻训练（Low intensity resistance training, LIRT）和低强度抗阻结合血流限制训练（Low intensity resistance training combined with blood flow restriction training, LIR-BFRT）对髌股关节疼痛（Patellofemoral pain, PFP）者膝关节功能、肌力及跑步时膝关节生物力学特征的影响。方法：随机招募43名PFP者（LIRT组20名，LIR-BFRT组23名），分别进行8周的LIRT和LIR-BFRT，干预前后分别利用膝前痛量表（Anterior Knee Pain Scale, AKPS）、Lysholm膝关节功能评分（Lysholm Knee Score, LKS）、膝关节主动活动度、Biodex等速肌力测试系统、Qualysis光学动作动作分析系统和AMTI三维测力台对受试者的膝关节功能、肌力及跑步时的膝关节生物力学特征进行测试。结果：与干预前相比，两组的AKPS（P<0.001，P<0.001）、LKS评分（P<0.001，P<0.001）、股四头肌峰值力矩（P<0.001，P<0.001）、平均功率（P<0.001，P<0.001）、总功（P<0.001，P<0.001）、跑步时的膝关节屈曲角度峰值（P=0.004，P=0.001）、屈曲力矩峰值（P=0.001，P=0.025）及内收力矩峰值（P=0.019，P<0.001）均显著增加，膝关节内旋角度峰值显著降低（P<0.001，P<0.001）；LIR-BFRT组膝关节主动活动度（P=0.009）、跑步时的步频（P=0.023）显著增加，内旋力矩峰值（P=0.027）显著降低；与LIRT组干预后相比，LIR-BFRT组AKPS评分（P=0.034）、股四头肌峰值力矩（P=0.014）、平均功率（P=0.023）、膝关节屈曲角度峰值（P=0.036）及内收力矩峰值（P=0.015）显著增加，跑步时步长（P=0.009）及膝关节内旋角度峰值（P=0.033）显著降低。结论：8周的LIRT和LIR-BFRT均能改善PFP者膝关节功能、肌力及跑步时的膝关节生物力学特征，LIR-BFRT组干预后较大的步频和较小的步长也有助于PFP者在跑步过程中控制身体重心前移，更好地完成步态转换。在膝关节功能、肌力及跑步时膝关节生物力学特征的改善效果上，8周的LIR-BFRT优于LIRT，建议PFP者在康复训练方式上重点考虑LIR-BFRT。
    内翻膝症状差异对爬楼梯时膝关节运动学特征的影响
    李妍泠 , 吴夕 , 蒋政 , 吴曙华
    录用日期: 2025-11-07
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    摘要:
    目的：内翻膝是膝关节骨关节炎（KOA）最常见的下肢力线畸形，但并非所有内翻膝均需临床干预。本研究旨在比较有症状与无症状内翻膝的在体运动学及接触模式，以提升早期KOA的侦测能力。 方法：招募30例双膝内翻但仅单膝有症状的患者，以有症状膝为症状组，无症状膝为无症状组。在双平面正交荧光透视系统下监测患者连续爬楼梯动作，获取髌骨、股骨与胫骨的六自由度运动，并通过骨骼模型配准图像，计算软骨接触中心，分析胫股关节接触特征。 结果：爬楼梯运动中，较之无症状组，症状组胫骨在运动早期更为屈曲（平均1.6°）、后移（平均1.6mm）而在运动末期内翻幅度更大（平均2.0°），其髌骨在运动始末更为内翻（平均3.5°）、在运动早期更为内移（平均1.2mm）且在运动中期髌骨高度明显更低（平均2.3mm）。此外，症状组外侧胫骨平台的接触中心较无症状组更内移（平均1.5 mm, P < 0.05）和前移（平均1.6 mm, P < 0.05）。 结论：有症状内翻膝在运动学及接触模式上与无症状膝存在显著差异，为探索早期KOA的生物力学病因、检测及预防提供了新方向。
    基于有限元分析角膜塑形镜对不同偏心率非对称角膜矫正效果差异
    姜赫宣 , 赵改平 , 张泽众 , 翟海涛 , 陈余昀 , 项华中 , 陈齐欧
    录用日期: 2025-11-07
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 角膜偏心率是角膜塑形镜（OK镜）验配的关键参数，但其对塑形效果的影响尚不明确。本文旨在研究OK镜对不同偏心率非对称角膜的矫正效果，系统揭示偏心率差异在塑形机制中的作用。方法 基于角膜非球面、非对称几何特征，构建不同偏心率条件下的OK镜–泪液–角膜耦合模型。通过模拟OK镜作用下的角膜力学响应，分析偏心率变化对治疗效果的影响机制。结果 当偏心率 e = 0.50 时，角膜前表面应力峰值达到 3 018.44 Pa，较 e = 0.48 (2 278.57 Pa) 和 e = 0.52 (2 299.83 Pa) 分别升高 32.4% 和 31.2%。在 e = 0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.50、0.52、0.54、0.56、0.58 和 0.60 条件下，角膜中周区的峰值位移分别为 12.62、14.43、14.76、14.93、16.10、16.85、16.87、19.05、20.46、21.41、23.25 和 23.83 μm，呈现出随 e 增大呈渐进升高趋势。结论 在本研究中，当 e = 0.50 时，镜片与中周区的接触面积与压力分布达到临界状态，从而显著增强应力集中效应。而当 e 偏离 0.50 时，无论周边形态更趋平坦 (e 较小) 还是更陡峭 (e 较大)，均可能通过改变泪液层厚度及力学传导路径而减弱局部应力集中。这一现象有助于推进OK镜的个性化验配，增加近视防控效果。
    心肌梗死有限元模型及心外膜压迫生物力学研究
    强贤杰 , 徐俊波 , 黄刚 , 张小刚 , 靳忠民
    录用日期: 2025-10-30
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 本文旨在研究不同部位的心肌梗死以及心外膜压迫对梗死心脏的功能及生物力学的影响。方法 建立了4种心肌梗死有限元模型，并在心外膜表面施加了峰值压力为2.5Kpa的正弦压力。结果 不同梗死部位对射血分数（EF）和压力-容积关系（PV Loop）影响存在显著差异，其中心尖部梗死对泵血功能影响最大（EF下降41.3%）；梗死区与正常组织的交界存在显著应力梯度；施加心外膜压迫射血分数和峰值压力均显著提升，右心室对压迫更敏感。结论 个性化心肌梗死模型建模与干预策略评估提供了有力的生物力学工具，心外膜压迫可能成为改善梗死后心脏泵血功能的有效干预手段。
    小脑经颅交流电刺激对上肢投掷动作准确性和运动学特征的影响
    王熙 , 杨宸灏 , 王亚杰 , 黄灵燕 , 吕娇娇 , 刘宇
    录用日期: 2025-10-30
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 本研究通过探究50Hz小脑经颅交流电刺激（Transcranial alternating current stimulation, tACS）对上肢投掷动作准确性及运动学的影响，旨在为未来将其作为一种改善上肢协调控制的策略，提供初步的理论依据。方法 25名受试者分别随机接受50Hz时长20 min的小脑tACS与假刺激（30 s淡入淡出），并在刺激前、中、后各完成30次投镖动作，两次间隔3天。通过Vicon三维运动捕捉系统采集投掷动作的运动学参数，并记录终点误差及其水平、垂直分量。采用双因素（刺激方案×阶段）重复测量方差分析，评估刺激对投掷准确性和运动特征的影响，并使用多重线性回归分析构建投掷准确性指标和运动学指标的回归模型。结果 小脑tACS显著改善了投掷的水平精度（X-error：F = 3.597, p = 0.035），刺激后X-error显著降低（p ＜ .05）。运动学方面，刺激后肩、肘关节活动范围（range of motion, ROM）及腕关节峰值角速度显著增加（p ＜ .05）。回归分析表明，小脑刺激中肘关节ROM对垂直误差（Y-error）具有显著预测作用（p = 0.046），且刺激后肘腕ROM交互项显著（p = 0.018）。结论 50Hz的小脑tACS可特异性改善投掷准确性并优化多关节协调，本研究结果为其作为新的运动康复策略提供了实验依据。
    力学刺激对线粒体自噬的影响
    吴江栋 , 严孟宁
    录用日期: 2025-10-27
    [摘要](41) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    近年来,生物力学在细胞功能调控中的重要性逐渐受到关注,越来越多的研究表明,力学刺激不仅能够调节线粒体功能,还可通过特定信号通路激活线粒体自噬。线粒体自噬作为线粒体质量调控的核心机制,在维持细胞能量代谢平衡和应激适应能力中扮演着关键角色。然而,关于力学信号如何被细胞感知并转化为选择性线粒体清除的分子机制目前仍未完全阐明。本文系统综述了线粒体自噬的基本过程及其调控机制,同时探讨了力学刺激下线粒体自噬相关的细胞响应与信号通路,旨在为线粒体自噬相关疾病提供基于力学干预的治疗策略。
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