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骨改建及其数字仿真的研究进展
骨作为一种活性的生物材料,具有功能自适应性特点,可以通过不断地重建去适应变化了的力学环境,以便实现其生理功能.揭示力学环境与骨重建的关系,是生物力学的前沿课题之一.本文对近20年来在骨改建领域的研究进展进行了较为全面的回顾和总结,并展望了其未来的发展趋势.
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鲁棒PID控制策略在FES脚踏车控制系统中的应用及仿真研究
本研究以英国Glasgow大学康复研究中心所提供的三个脊髓损伤患者的实验数据为基础,通过系统辨识获得了被控对象的数学模型,并将鲁棒PID控制算法应用于功能性电刺激脚踏车系统的速度控制,从而实现了鲁棒PID速度控制器设计目的.仿真结果表明,FES脚踏车系统能实现对任意速度轨迹的跟踪,并且轨迹跟踪精度高、抗干扰能力及鲁棒性较强,该算法为FES脚踏车系统速度控制提供了一种新的鲁棒控制策略.
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心血管系统参数变化对脉搏波波形影响的数字仿真研究
目的考察心血管系统参数改变对桡动脉脉搏波波形的影响.方法利用本课题组研制的心血管系统数学模型,通过数字仿真考察的心血管参数包括:心率、心室收缩舒张系数、血液粘度、动脉管弹性模量和外周阻力.结果参数的改变能够改变桡动脉压力波的波形.大部分仿真结果与临床观察结果相同或相似,并在仿真中发现一些新现象.其中值得注意的是,单个参数对桡动脉压力波波形的影响不仅与该参数本身有关,还与其它参数的取值有关.结论无论是利用脉搏波判别中医脉象名,还是用它估计心血管的状态,都应该考虑多参数的组合问题.
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医学影像数字仿真教学示范中心的构建和管理模式
探索了"医学影像数字仿真实验教学改革",在教学理念、课程建设、教学网站建设与管理、教学制度等方面进行了系列深入研究;对成立的"医学影像数字仿真教学示范中心"采用宽开放、广受益的理念进行建设,目前已形成了"以医学影像为基础,通过计算机网络将数字仿真的医学影像知识传给学生的教学新模式".此项研究的目的是为了提高医学影像学的教学质量,有效提高医学影像教学资源的利用率与受益面.实践证明,教学改革取得了良好的效果.
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人工髓核置换三维有限元模型的建立
背景:目前人工髓核置换主要集中在临床使用及观察方面,尚缺乏更多力学实验数据的支持,需要可靠的物理模型或大量体外实验论证分析.目的:建立L4L5节段人工髓核置换三维有限元模型,拟为生物力学实验研究提供标准数学模型.设计、时间及地点:观察性实验,于2006-07/11在南方医科大学珠江医院骨科中心完成.材料:健康志愿者及人工髓核置换患者各1名,进行64层螺旋CT扫描.扫描数据以Dicom 3.0标准直接存储.根据国人实际情况,实验选用常用PDN-SOLO-7型进行建模,PDN-SOLO-7型代表假体高度7.0mm,横径25mm,弹性模量为45 MPa,泊松比为0.49,面接触摩擦系数为0.3 MU.方法:在Mimics 10.11软件建立L4/L5运动节段及PDN-SOLO-7型人工髓核模型.模仿腰椎后路人工髓核置换,建立人工髓核置换三维有限元几何模型.各组件在ANSYS 11.0转化成体单元网格.L4和L5体单元网格导回Mimics根据灰度值进行材质分配.余组件直接定义材料参数.在ANSYS用高级有限元装配技术,建立L4/5节段人工髓核置换三维有限元模型.主要观察指标:观察人工髓核置换后有限元模型的模拟单元,节点及构成组件.结果:建立了人工髓核置换后三维几何和有限元模型.人工髓核置换模型分为92 516个四面体单元,153 963个节点,由L4、5、纤维环、上下终板、7条韧带和人工髓核13个组件构成,由三维10节点SOLID92固体单元模拟.结论:通过64层螺旋CT扫描获得腰椎精确几何数据,Mimics通过基于阈值算法及参数化建模提供精确模型,利用灰度值赋材质,建立高仿真脊柱节段及人工髓核置换有限元模型.
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腰椎椎弓根延长术中不同离断部位对椎管容积影响的数字化分析
目的:应用数字技术分析腰椎椎弓根离断的位置对延长后的椎管容积的影响.方法:选取50例正常腰椎CT数据集,应用Mimics 14.0软件,以双侧椎弓根上缘所在平面为参考面对数据集进行重新定义分割,三维重建第4、5腰椎椎体及椎管数字解剖模型.分别在椎弓根与椎体连接的部位、椎弓根与椎板连接的部位垂直于椎弓根轴线模拟分别离断双侧椎弓根,并对离断后的椎弓根向后延长,置入椎弓根螺钉等仿真手术操作.测量截断平面的椎管面积和前后离断截面间的距离.对获取的数据进行统计分析.结果:在第4腰椎节段,椎弓根前部离断椎管截面面积较后部小36.703 mm2,前后截面间距离为4.003 mm±0.723 mm;在第5腰椎节段,椎弓根前部离断椎管截面面积较后部大11.718 mm2,前后截面间距离为3.278 mm±0.576mm.结论:在第4腰椎节段,椎弓根后端离断对椎管容积增大的有效性要优于前端离断,在第5腰椎节段,则反之.但根据脊柱“三栓理论”,在后部截骨理论上可以给脊柱前柱提供更好的力学稳定性,并且后部截骨在离断过程中对椎管及其周围的组织、尤其是对神经的损伤风险较小,所以总体评价椎弓根后端离断要优于前端离断.
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心血管压力反射的Simulink仿真
目的运用Matlab公司的动态仿真工具Simulink,建立颈动脉窦压力反射的仿真模型.方法将颈动脉窦压力反射分为传入通路、传出通路和效应器三个部分来进行数学建模,并与动物实验结果相比较.结果仿真实验和动物实验所得到的压力反射曲线具有良好的一致性,模型分析的结论和实际一致.结论仿真模型构造清晰,具有可扩充性,可以作为动物实验的预研手段.
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基于Matlab的中枢缺氧反应的计算机仿真
目的建立中枢缺氧反应的计算机仿真模型,评价它对心血管系统的作用.方法利用Matlab/Simulink仿真工具建立血流动力学模型,模型包括心脏、体循环和肺循环,并整合中枢缺氧反应.结果去除中枢缺氧反应的调节机制以后,心率增加的幅度减小,内脏动脉阻力变化的幅度却增大,提示中枢缺氧反应对心血管系统的稳态有着重要的调节作用.结论仿真结果有助于设计更好的动物实验.
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低氧高碳酸血症对心脏功能的影响的模型研究
目的 建立动脉血氧分压作用于外周化学感受器的计算机仿真模型.方法 利用包含多种心血管反射的血流动力学模型,整合外周化学感受器反射,应用动态仿真工具Simulink实现仿真.结果 低氧高碳酸血症条件下,心交感神经传出冲动发放频率明显增加,心肌耗氧量增加,心肌收缩能力增强.结论 仿真模型构造清晰,可以作为动物实验设计的辅助工具.
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交感神经传出冲动对心血管系统调节的模型研究
目的建立交感神经传出冲动的计算机仿真模型,评价它对心血管系统的调节作用.方法利用包含多种心血管反射的血流动力学模型,运用动态仿真工具Simulink进行数学建模,采用ODE45可变步长算法模拟交感神经传出冲动.结果当缺氧或PCO2升高时,心脏交感神经的传出冲动均增大,PCO2升高时对阻力血管交感神经传出冲动的增快作用,远大于缺氧的作用. 结论仿真模型构造清晰,具有可扩充性,可以作为动物实验的预研手段.
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血容量减少时动脉压力感受性反射的仿真研究
目的建立心血管系统计算机数学模型,对颈动脉窦压力感受性反射进行数字仿真.方法利用包含多种心血管反射的血流动力学模型,采用ODE45可变步长算法模拟急性失血.结果动脉压力感受性反射处于低值运行或是在高值运行时,静脉非压力容积对心输出量和总外周阻力起了重要的调节作用.结论仿真模型可以作为动物实验的预研手段.
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基于Simulink仿真的心脏工作模型
目的建立一个新的心脏工作模型.方法采用Matlab/Simulink系统软件,建立心脏搏动间歇流模型,并整合血管网络的8个腔室.结果在改变心率的条件下,对主动脉压力、左心室压力、左心室容积和左心室驱动压的变化进行仿真,得出了主要的特征数据和波形.结论仿真模型构造清晰,具有可扩充性,可以作为动物实验的预研手段.
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颈动脉窦压力感受性反射的数字仿真实验
目的建立心血管系统数学模型,对颈动脉窦压力感受性反射进行数字仿真.方法采用MATLAB/SIMULINK系统软件,建立整体心血管系统模型,并作大鼠的孤立窦实验.结果仿真实验和动物实验所得到的压力反射曲线具有良好的一致性.结论仿真模型具有可扩充性,可以作为动物实验的辅助工具.
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高碳酸血症时的肺循环血流动力学的仿真分析
目的 用计算机仿真方法评价高碳酸血症对肺循环血流动力性的影响.方法 利用包含多种心血管反射的血流动力学模型,在高碳酸血症条件下,运用动态仿真工具Simulink.采用ODE45可变步长算法实现仿真.结果 在高碳酸血症条件下,去除化学反射后,肺动脉压基本无变化,肺静脉压和肺毛细血管压都有一定程度的下降;而在去除压力反射后,肺动脉压显著升高.结论 压力反射对肺动脉压的缓冲作用有重要意义,这对动物实验设计有启示作用.
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医学影像数字仿真教学课程建设初探
"医学影像数字仿真实验教学改革",即"老师、学生通过计算机网络进行教学、学习及实验".它的成败,关键在于课程建设.课程建设既要以人才培养为目标,又要切合"医学影像数字仿真教学改革"的特点.为此我们从教师队伍、教学内容、教学方法、教材建设、教学管理五个方面进行了系列探讨和实践,取得了明显成效.
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构建医学影像数字仿真实训教学平台的探索与实践
目的：探讨医学影像数字仿真实训教学平台的构建方法与应用价值。方法以影像网络传输为基础，以信息技术开发为核心，按照行业的工作环境、设施和操作流程，搭建网络环境下的医学影像实践教学新模式。结果自主开发了一个医学影像专用教学软件，建设了网络仿真实训室和数字教学资源库，为学生建立了一个仿真临床实训教学平台，开展了医学影像实训教学实践。结论构建数字仿真实训教学平台创新了教学手段，增加了学生上机操作实训的机会，提高了学生的学习兴趣和积极性，有利于培养高技能应用型医学人才。
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下颌支矢状骨劈开术的数字仿真及其稳定性研究
下颌支矢状劈开截骨术(SSRO)是早被提出的口内进路的正颌外科手术,广泛应用于矫治下颌后缩、下颌前突、小颌畸形等各类牙颌面畸形.目前临床上对于下颌支矢状骨劈开术采用了不同的内固定方式,其稳定性的差异仍存在争议.近年来随着计算机技术的推广应用,特别是数字仿真技术运用在口腔医学领域,为下颁支矢状骨劈开术的稳定性分析提供了新的研究着手点.从骨劈开术式到内固定方式都在不断地改良与完善,提高了正颌手术效果、降低了复发率及颞颁关节功能紊乱综合征等并发症的发生.本文就下颌支矢状骨劈开术坚强内固定术的数字仿真及其生物力学稳定性研究进展作一综述.
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健侧跟骨数字模拟仿真治疗跟骨关节内骨折
目的 探讨健侧跟骨数字模拟治疗跟骨关节内骨折的疗效.方法 对32例单侧跟骨关节内骨折进行手术治疗,术前双侧跟骨行CT扫描并三维重建,模拟仿真制作患侧跟骨模型,测量跟骨长,前高、前宽、沟部高、沟部宽、后部高、后宽,Bolher角和Gissane's角,预制好跟骨钢板大小和形状,以备术中用.结果 随访3-26个月,平均16±4.66个月,根据AOFAS评分标准,平均分为86.2分,其中优19足,良9足,可3足,差1足;优良率87.5%.结论 通过数字模拟仿真健侧跟骨,采用切开复位钢板内固定治疗跟骨关节内骨折,配合早期功能锻炼,能获得满意疗效.
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多排螺旋CT在骨关节创伤中的应用
目的:分析骨关节创伤中多排螺旋CT三维图象重建常见形式及应用价值.方法:使用GE LightSpeed Qxi Plus多排螺旋CT扫描仪.对35例骨外伤患者进行扫描,在横断面基础上行SSD、RaySum、MPR.由资深影像科及骨科医师各3人分别对普通经X光片及多排螺旋CT三维重建图像进行分析、评价.结果:35例骨外伤患者阳性率100%,SSD、RaySum及MPR图像重建以任意角度、全方位,精确显示骨折形态,直观准确展现与周围组织空间关系,在骨折检查治疗中体现极大优势.结论:三维图像技术能够清晰、立体地展示骨关节正常解剖结构与病变,图像直观,感观性强.其主要表现形式SSD、RaySum及MPR,应注意相互借鉴,并要结合源影像和常规断面影像.
