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  • 1  螺旋形长型PHILOS接骨板治疗肱骨中上段骨折的生物力学研究
    王磊 陈燕豪 卢春霞
    2015, 30(5):463-467. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2015.05.463
    [摘要](62369) [HTML](0) [PDF 1.24 M](54)
    摘要:
    目的 比较长型PHILOS接骨板(Synthes公司, 瑞士)扭转成螺旋形前后的生物力学特性,为临床治疗肱骨中上段骨折提供生物力学依据。方法 12例Synbone人工骨(SYNBONE公司,瑞士)的右侧肱骨平均分为两组,对照组(n=6)采用10孔的长型PHILOS接骨板固定,实验组(n=6)采用相同的接骨板扭转成螺旋形后固定。肱骨中上段骨折造模后,利用万能力学试验机分别检测并比较两组接骨板固定后的整体构件在轴向拉伸和压缩、同向和反向扭转、前后及内外向三点弯曲6种加载方式下的生物力学特性。结果 在100~500 N拉伸和压缩载荷下,实验组骨折断端位移分别较对照组增加约95%和58%;在0.6~3 N?m反向扭矩下,实验组扭转角度始终明显小于对照组,减少幅度达到55%~64%;在0.6 ~3 N?m的同向扭矩和1.5 ~7.5 N?m的前后向弯矩下,实验组的扭转角度和桡度均大于对照组,差异有显著性意义(P<0.05);当内外向弯矩为1.5、3 N?m时,实验组与对照组的桡度差别无显著性意义(P>0.05),而内外向弯矩为4.5、6、7.5 N?m时,实验组的桡度较对照组小20%~30%。实验组与对照组构件相比,拉伸和压缩刚度分别低49%和36%,同向和反向扭转刚度分别低19%和高150%,内外向和前后向弯曲刚度分别高18%和低70%,差异均有显著性意义(P<0.05)。结论 长型PHILOS接骨板扭转成螺旋形后固定肱骨中上段骨折的总体力学性能有所改善,可以满足临床对该类骨折的手术固定和术后康复需要。结合微创手术的优势,该技术有望在临床得到广泛应用。
    2  骨质疏松患者股骨头不同区域骨结构与生物力学分析
    张向阳 梁朝革 唐献忠 杨伟 王嘉 陈豪杰 张国宁 于志锋
    2017, 32(1):77-82.
    [摘要](47530) [HTML](0) [PDF 1.30 M](44)
    摘要:
    目的 探讨老年股骨颈骨折病人的股骨头样本各个区域的结构和生物力学性能差异,研究不同区域显微结构和生物力学特征及其对内固定物的影响。方法 收集20个老年股骨颈骨折病人关节置换术后股骨头标本,以股骨头表面解剖标志点为参照,将股骨头按平分方法分为外侧、内侧、中间三部分。确定环钻的位置和钻取方向, 用环钻于不同区域钻取直径10 mm、高10 mm圆柱形松质骨柱。通过Micro-CT系统扫描分析,分析不同区域内松质骨柱数据,包括骨体积分数(BVF)、骨小梁间隙(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)、骨表面积体积比(BS/BV)、结构模型指数(SMI)。应用微有限元计算不同区域骨组织的力学差异。结果 老年股骨头颈内骨质含量下降,显微结构和生物力学性能区域变化明显,中间区域的骨结构和力学性能明显优于内侧和外侧。结论 股骨头中间部位骨骼结构和力学强度明显优于内侧和外侧,在临床治疗骨质疏松股骨颈骨折的时候需要充分考虑内固定的部位。
    3  从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术
    祁昕征,张家铭,谭传明,张英泽,郑诚功
    2016, 30(5):479-487. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2015.06.479
    [摘要](36925) [HTML](0) [PDF 2.54 M](2)
    摘要:
    膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一,目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史,相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点,故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段,具有手术简单、费用低、恢复快等优点,目前正在被大力推广,但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式,并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制,提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡,故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。
    4  LncRNA在骨重建及骨相关疾病中的作用
    韦淑萍 张西正
    2018, 33(6):572-576.
    [摘要](15497) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    骨重建可保持骨生物力学特性稳定,对维持骨强度具有重要意义。正常骨骼的生长和发育需要转录调控网络、信号传导通路、力学生物学及生物力学因素的紧密协调,而力学环境的改变,多种信号途径失调,影响骨的发育。长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一类长度大于200 nt、生物来源广泛、2级及3级结构高度保守的RNA分子。研究显示,许多lncRNA参与骨骼系统的正常发育或平衡,调控成骨细胞的分化,以及参与骨肉瘤的发生。LncRNA表达失调与关节炎、骨质疏松症和骨癌等多种骨疾病密切相关,有望作为预测骨疾病的生物标志物。综述lncRNA的特征、参与骨重塑的lncRNA及其可能的作用机理,并讨论lncRNA作为生物标志物应用于治疗包括骨关节炎、骨质疏松症、骨癌等骨骼系统疾病的可能性,旨在为更好地理解和研究lncRNA在生物体内的作用提供参考。
    5  用三维重建和有限元方法对人体心脏进行力学分析
    方红荣 庄茁
    2008, 23(1):43-46. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2008.01.46.
    [摘要](11878) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](480)
    摘要:
    目的 建立人体心脏的三维几何模型和有限元网格模型,进行有限元仿真计算。方法 利用可视化人体心脏数据集,通过3D-DOCTOR软件和SOLIDWORKS软件重建心脏外形和内腔的三维结构数据,以STEP格式导入ABAQUS有限元软件形成网格模型。在有限元网格模型的基础上进行心脏自振频率、内腔血压等载荷情况下的力学性能分析。结果 建立了一个数字化心脏可视模型。能够反映心脏三维形状和内腔结构;得到了心脏内腔的大致容积;反映了心脏心肌不同区域的不同性质;得到了心脏3个方向的自振频率和振型,以及内腔血压下的应力分布。结论 建立了可视化三维心脏的几何和网格模型,反映了心脏的外形和内腔。利用有限元分析方法,能够为心脏的生物力学分析提供可视化的数值仿真平台。
    6  冠脉支架的疲劳寿命分析
    李建军 罗七一 谢志勇 李雨
    2010, 25(1):68-73. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.01.73.
    [摘要](10190) [HTML](0) [PDF 709.16 K](6651)
    摘要:
    目的 冠脉支架植入后,在血管周期脉动载荷作用下,要求至少经过相当于10年约4亿次的循环后保持完整,维持其预期功能,需要评价其疲劳性能。方法 使用有限元方法分析了支架在使用过程中的应力分布,根据Goodman准则评价了支架的疲劳寿命,同时采用加速疲劳对支架进行疲劳试验。结果 分析发现最危险点始终位于支架弯折位置侧内表面区域。结论 结果表明有限元分析可以很好的模拟支架的疲劳特性,为支架的设计提供理论指导。
    7  组织工程研究的现状与进展
    张西正
    2010, 25(1):1-3. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.1.3.
    [摘要](10123) [HTML](0) [PDF 404.53 K](5623)
    摘要:
    组织工程是目前最有发展前途的学科之一,在再生医学和人类健康方面有着广泛的应用前景。本文结合本期所发表有关组织工程化构建过程中支架材料的制备、力学环境对细胞影响的论文,介绍了目前国内外组织工程研究的现状与进展,指出组织工程研究正在向更深层次和更为广泛的领域发展。
    8  粘接剂厚度对IPS Empress II 全瓷冠应力的影响分析
    刘斌 鲁成林 张修银 张东升
    2010, 25(1):56-62. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.01.62.
    [摘要](9886) [HTML](0) [PDF 768.15 K](5251)
    摘要:
    目的 本研究利用数值分析方法研究3M ESPE RelyX ARC粘接剂厚度对IPS Empress II全瓷冠各组成部分应力水平的影响。方法 建立粘接剂厚度分别为60、90、120和150μm的四种全瓷冠数值模型,施加四种不同的载荷加载方式,用数值计算方法分析全瓷冠的各组成部分的应力极值和应力分布进行分析。结果 当粘接剂的厚度从60μm增大到90μm时,全瓷冠饰面瓷和核瓷的张应力极值都有所降低;而当厚度增至120μm时,瓷冠的应力水平有所提高,当厚度继续增大为150μm时,饰面瓷和核瓷的应力极值显著增大。结论 粘接剂内部的正应力在粘接剂厚度为90-120μm时维持在一个较低的水平。当粘接剂厚度达到90μm以上时,剪应力幅值变化不大。当粘接剂厚度维持在90μm附近时,可以降低各瓷层内部的应力水平。粘接剂主要以剪切的方式破坏,粘接剂剪切强度是一个值得注意的问题。
    9  腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型的建立与验证
    顾晓民 贾连顺 陈雄生 鲁成林 刘洋 张东升
    2010, 25(1):45-50. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.1.50.
    [摘要](9597) [HTML](0) [PDF 749.69 K](5993)
    摘要:
    目的 建立腰椎椎弓峡部裂三维有限元模型,通过与生物力学实验比较进行有效性验证。方法 利用临床1例腰椎椎弓峡部裂病例影像学资料,采用Simpleware建模软件分别模拟下腰椎骨性结构、椎间盘组织,并在Ansys软件附加腰椎相关韧带和关节囊,建立L5双侧椎弓峡部裂三维有限元模型,并通过体外力学实验结果验证模型有效性。结果 重建模型构建了椎体皮质骨、松质骨、腰椎关节突关节、椎弓根、椎板、横突、棘突等骨性结构,还构建了纤维环、髓核、上下终板组织,并成功附加了前纵、后纵韧带、黄韧带、棘上、棘间韧带以及关节突的关节囊。模型共计有 281261 个节点和 661150 个单元。腰椎椎弓峡部裂重建成功。通过与体外生物力学在不同工况下L4下关节突、L5上、下关节突、S1上关节突应力/应变趋势以及L4下关节突内外侧力学应力/应变趋势比较,验证了模型的有效性。结论 建立了下腰椎椎弓峡部裂的三维有限元模型,此模型可以用来进一步实施有关峡部裂治疗的力学研究。
    10  载药敷料体外细胞毒性及释药性评价
    黄姝杰 关静 李志宏 张西正 武继民
    2010, 25(1):32-35. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.01.35.
    [摘要](9314) [HTML](0) [PDF 480.67 K](4996)
    摘要:
    目的 评价载药敷料体外细胞毒性和释药性。方法 按国标GB/T14233.2-2005,规定的MTT法操作,通过光学倒置显微镜观察L929细胞形态和增殖状况定性分析载药敷料体外细胞毒性,通过吸光度(OD)值计算细胞相对增殖率定量分析载药敷料体外细胞毒性等级;以磷酸盐缓冲液(PBS7.4)为溶出介质,32℃±0.5℃模拟人体表皮温度,于1/6 h、1/2 h、1h、3h、16h、24h、36h、48h不同时间点取样,采用紫外分光光度法测定载药敷料体外累积释放性能。结果 该载药敷料浸提原液中的细胞形态正常,贴壁生长良好,细胞平均相对增殖率(RGR)为91.25%,毒性为1级。载药敷料的释药动力学符合Higuchi方程:拟合方程为Mt/M∞=0.3271t0.239。结论 该载药敷料细胞相容性良好,并具有一定的缓释性能。
    11  利用有限元研究非贯穿弹道冲击防弹衣后人体躯干的力学响应
    董萍 陈菁 张启宽 康建毅 刘海 张良潮 徐诚
    2012, 27(3):270-275. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2012.03.275.
    [摘要](9223) [HTML](0) [PDF 12.44 M](14598)
    摘要:
    目的 通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法 利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具HyperMesh进行人体躯干有限元建模,在显式动力有限元分析软件LS-DYNA中对速度为360 m/s 的9 mm手枪弹弹头撞击装配有软质防弹衣人体躯干的压力、加速度响应进行数值计算。结果 建立了包括胸廓骨骼结构、脏器、纵膈和肌肉/皮肤的人体躯干有限元模型,通过数值计算获得了心脏、肺脏、肝脏、胃的压力响应以及胸骨的加速度响应,发现不同脏器之间或同一脏器的不同位置,离弹头撞击点位置的远近决定了压力峰值的大小和出现压力峰值的时间。结论 装配有软质防弹衣的人体躯干有限元计算模型可作为非贯穿弹道冲击下人体力学响应的仿真分析工具,仿真结果可为防弹衣后钝性损伤机制和防护研究提供依据。
    12  原子力显微镜在细胞与生物大分子超微结构和力学研究中的应用
    朱杰 郭连红 王国栋 欧阳五庆
    2012, 27(3):355-360. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2012.03.360.
    [摘要](8719) [HTML](0) [PDF 12.98 M](22738)
    摘要:
    作为微纳米科学理论与技术迅猛发展的代表,原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)在其25年的发展过程中极大地推进了生物学在微纳米尺度上的拓展,为微纳米生物学的诞生与发展提供了重要技术手段。本文在介绍AFM基本原理和检测模式的基础上,结合作者在该领域的研究成果和工作经验,从生物结构与形态学研究、表面物化性质表征、生物大分子的力学操纵三方面综述了AFM在细胞与生物大分子超微结构与生物力学特性研究中的具体应用,并重点探讨了AFM在细胞与生物大分子科学研究中亟待改进和解决的科学与技术问题,提出了一些探讨性的见解和建议。
    13  溶胶-凝胶生物活性玻璃/胶原复合多孔支架的力学性能研究
    张娟娟 孟永春 陈晓峰 李玉莉 罗小刚 林才
    2010, 25(1):16-20. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.01.20.
    [摘要](7697) [HTML](0) [PDF 703.81 K](4585)
    摘要:
    目的 研究溶胶-凝胶生物活性玻璃/胶原组织工程支架的力学性能及降解性能,为胶原基复合支架的进一步应用,提供理论基础。方法 以纳米溶胶-凝胶生物活性玻璃为添加相,利用冷冻干燥法制备了溶胶-凝胶生物活性玻璃/胶原基复合多孔组织工程支架;通过调整生物活性玻璃添加量来影响溶液中胶原纤维的聚集状态,从而改变复合支架的显微形貌,进而得到了不同力学性能的复合支架。结果 (1)溶液中胶原纤维的聚集状态,制备出具有直径约为400-600nm的粗胶原纤维束支架材料,这种粗胶原纤维束对改善胶原基组织工程支架的力学强度和减慢其降解速度具有重要作用。(2)利用FTIR和Raman等技术综合分析研究了溶胶-凝胶生物活性玻璃对胶原蛋白的二级结构的影响,当复合材料中胶原含量小于20%时,胶原蛋白二级结构破坏严重。结论 当胶原与生物活性玻璃质量比为40:60时,所制备的复合支架具有最好的抗压性能和降解性能,为进一步应用提供了研究基础。
    14  周期性张应变对破骨前体细胞和破骨细胞增殖和抗酒石酸酸性磷酸酶的影响
    郭勇 郭春 闫玉仙 李瑞欣 刘璐 郝庆新 张西正 侍才洪
    2012, 27(3):299-304. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2012.03.304.
    [摘要](7633) [HTML](0) [PDF 19.90 M](11048)
    摘要:
    目的 研究不同强度的力学载荷对破骨细胞及其前体细胞增殖、分化和功能的影响。方法 以破骨诱导液培养RAW264.7破骨前体细胞,同时施加3 d的周期性张应变,然后培养4 d;另外一组RAW264.7细胞以破骨诱导液培养4 d,将其诱导为破骨细胞,再施加3 d的周期性张应变。结果 在不同张应变下,两组细胞增殖活性的变化大致相同,但细胞抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatage, TRAP)活性和破骨细胞(TRAP阳性多核细胞)数量的变化明显不同。在2 500 με的中等强度张应变下,第1组的TRAP活性降幅和破骨细胞数量减幅均最高,而后者TRAP活性降幅和破骨细胞数量减幅均最低。 结论 不同张应变对分化初期破骨前体细胞和已分化出破骨细胞的破骨前体细胞的破骨分化和功能状态的影响有明显差异。
    15  NiTi记忆合金骨卡环生物力学特性的三维有限元研究
    陈国平 樊瑜波 张代全
    2010, 25(1):36-39. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.1.39.
    [摘要](7364) [HTML](0) [PDF 448.75 K](5168)
    摘要:
    目的 对临床治疗中存在的骨卡环固定部位愈合不好和松动现象进行基于生物力学的解释和分析,为NiTi形状记忆合金骨卡环在骨科临床治疗上的应用提供参考和建议。方法 通过运用有限元计算软件ANSYS,建立骨科内固定器NiTi形状记忆合金骨卡环和骨组织的有限元计算模型,针对临床上较为普遍采用的骨科内固定器NiTi形状记忆合金骨卡环的生物力学性能进行数值仿真分析。结果 记忆合金骨卡环的抱持力沿骨卡环的两个半圆臂从开口处开始呈逐渐增大的趋势,在开口对称处的应力最大,同时骨骼的变形也靠近开口的对称部位。结论 在实际治疗过程中骨卡环与骨表面发生作用时,成集中力的形式表现,这对选择受力部位尤为重要。
    16  欧洲虚拟生理人
    Marco Viceconti Gordon Clapworthy Fulvia Taddei Serge Van Sint Jan
    2008, 23(1):19-25. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2008.01.25.
    [摘要](7362) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](450)
    摘要:
    虚拟生理人(VPH)项目由欧盟强力支持,致力于人体生理在各层面的全身完整模型的建立,从器官、组织、细胞和分子水平到基因水平。该项目从STEP项目率先实施,由欧盟资助下的协调行动从2006年初正式启动。作者介绍了VPH项目及其最近通过physiome平台在世界范围的快速发展。最后,着重介绍了VPH项目在骨肌系统的一个子项目-Living Human项目和其在世界各地的类似的研究探索。
    17  钛合金表面TiO2图案化薄膜的溶胶凝胶法制备及其性能研究
    刘颖 张文光
    2010, 25(1):21-25. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.1.25.
    [摘要](7202) [HTML](0) [PDF 567.23 K](5247)
    摘要:
    目的 改善钛合金植入体的长期生物相容性和机械稳定性。方法 通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术,以钛酸丁酯(TEOT)为前躯体,加入聚乙二醇(PEG)作为模板剂,在钛合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜,通过AFM研究了PEG的加入量对薄膜表面微观形貌的影响,并利用光学接触角测量仪与UMT-2型摩擦磨损试验机对薄膜的浸润性及摩擦学性能进行了研究。结果 当PEG浓度增至3.5g/100mL时,样品表面呈现出较为规则的平行排列的沟槽状结构;具有图案化结构的TiO2薄膜的耐磨性能较未加入模板剂的TiO2溶胶凝胶薄膜有明显提高。结论 可以通过控制模板剂的用量来实现对TiO2薄膜图案化特征的渐变控制,并证明了特定的图案化微观结构可以提高薄膜的抗磨损性能。
    18  基于关节坐标系的肌肉骨骼间附着点坐标转换方法
    唐刚 季文婷 李元超 王成焘
    2010, 25(1):40-44. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2010.01.44.
    [摘要](7125) [HTML](0) [PDF 480.96 K](4952)
    摘要:
    目的 运动状态下对人体的骨肌系统进行运动学及动力学分析时,应避免对人体的伤害。本研究通过尸体切片、CT或者MRI图像重建等方法构建静态骨肌模型,并将其应用于活体进行分析。方法 采用尸体切片重建了下肢的三维骨肌模型,并对此骨肌模型及活体下肢建立了统一规则的关节坐标系,详细描述了人体骨肌系统模型和活体上相关肌肉骨骼间附着点空间坐标值转换。结果 对研究对象膝关节屈曲运动中股二头肌短头力臂及长度进行了计算和分析。结论 该方法对提高人体运动学和动力学仿真及肌肉力预测具有重要意义。
    19  利用物质点法研究不同头部模型对头部碰撞动态响应的影响
    周双珍 张雄 马红磊
    2013, 28(2):142-147. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2013.2.147.
    [摘要](7012) [HTML](0) [PDF 2.31 M](3075)
    摘要:
    目的 探讨头部肌肉及边界条件对头部碰撞动态响应的影响。方法 通过人体扫描CT图片构建3种人体头部三维物质点碰撞模型,第1种为简化的自由头部模型(SHFr),包括头骨、膜层、脑组织,头部自由;第2种为带肌肉的自由头部模型(MHFr),包括头部肌肉、头骨、膜层、脑组织,头部自由;第3种为带肌肉的肩部固定的模型(MHSFi),包括头部肌肉、头骨、膜层、脑组织、肩部肌肉、肩颈部骨骼,肩部下缘固定。一铅质圆柱体锤以6.4 m/s初始速度垂直撞击前额部位,通过物质点法模拟计算3种模型的动态响应。结果 在本数值模拟条件下,SHFr、MHFr、MHSFi 3种模型的头部加速度峰值分别为6.018×103、4.69×103、4.76×103 m/s2。结论 头部肌肉的存在会分散头部的受力分布,扩大头部受力面积,减小受伤程度;在短时间冲击过程中,头部自由与肩部固定对头部动态响应的影响不大。
    20  基于电网络模型的动脉树输入阻抗递归计算及参数分析
    肖汉光 何为 刘兴华 李松浓 毕喜飞
    2011, 26(1):18-23. DOI: 10.3871/j.1004-7220.2011.01.23.
    [摘要](6885) [HTML](0) [PDF 1.81 M](4000)
    摘要:
    目的 通过提出一种计算人体动脉树输入阻抗的递归算法,分析动脉树各参数对输入阻抗的影响,为动脉树生理和病理变化分析提供参考。方法 利用由大动脉和主要外周动脉构成的55段人体动脉树建立分布式电网络模型,通过设定电网络模型外周阻力,建立动脉树单向数据链表,采用递归算法计算动脉树升主动脉的输入阻抗。在此基础上比较不同动脉顺应性、外周阻力和动脉长度、内径、壁厚等参数对输入阻抗的影响。结果 计算结果与实验数据和其他模型结果相一致,验证了该方法的有效性。不同参数对动脉树输入阻抗的影响有较大差异且呈现各自特征。结论 输入阻抗能有效地反映动脉树血液动力学参数的变化情况,是人体动脉树生理病理诊断的重要参考。

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