骨的显微损伤及其对骨力学性能的影响

骨的显微损伤是由于反复受载所致的仅能在显微镜下观察到的骨基质的损伤,往往表现为各种形态的显微裂纹或弥散性损伤.通过特殊染色和标记可对显微损伤进行组织学观察和定量分析,并根据其形态和与骨单位的位置关系进行分类.显微损伤往往伴有骨强度的降低和骨脆性的增加,裂纹的长度及其位置是影响骨力学性能的决定因素.显微损伤的积累终会导致骨的疲劳骨折.

基于骨肌模型的肌肉力计算方法及其面临的若干问题

肌肉力计算已经成为骨肌损伤防护、关节假体设计等研究的重要组成部分,目前基于骨肌系统模型的肌肉力计算方法 有:静态优化、动态优化以及基于力-肌电关系的肌肉力计算.本文分析了肌肉力计算方法 和骨肌系统建模的研究现状以及面临的若干问题.个性化建模、计算方法 的改进和计算结果 的实验验证将是今后的研究重点.

早期胞质分裂收缩环缢缩机制研究进展

有关早期分裂沟皮质缢缩机制很多,收缩环假说虽占主要地位,但绝不是定论,其他假说同样与一些实验观察到的现象相符,更适合解释一些特殊事件.另外,有些假说与目前脱察到的实验现象并不一致.因此,胞质分裂可能是相对保守性与多样性的统一.本文主要对这些假说的研究进展作一综述.

流动剪切应力下体外培养人体滋养层细胞的迁移和β1整合素表达

目的 在人胎盘发育过程中,滋养层细胞群体侵入子宫内膜的毛细血管,并沿母体脉管系统逆流迁移,终停留在母体螺旋动脉对其结构进行重构.本文目的 是验证我们的推测:血液流动剪切力可以调摔人体滋养层细胞黏附分子β1整合素的表达,从而影响滋养层细胞的迁移.方法 体外培养人体胚胎滋养层细胞,测量流动剪切力下滋养层细胞的迁移和β1整合素表达,所加载的剪切力大小为0,75,150和300 Pa 4个水平,时间24 h.结果 在剪切力作用下,滋养层细胞迁移活性随剪切力的增高而显著增加,在流动剪切力方向存在优势性的迁移.同时,剪切力还增加了β1整合素的表达.结论流动剪切力的参与调节了滋养层细胞β1整合素的表达,从而可影响滋养层细胞的迁移.

基于骨和无有机成分骨与羟基磷灰石压缩性能实验比较的强度分析

目的 分析判定以珊瑚为基体,通过水热交换法制成的羟基磷灰石植入体内后的强度是否可以达到活体骨的水平.方法 实验测量羟基磷灰石、含有机成分的骨、无有机成分的骨的压缩极限应力.通过对比羟基磷灰石、骨及无有机成分的骨的压缩强度差别,确定胶原纤维对骨压缩强度的作用,进而应用经验模型预估人造羟基磷灰石在一定空隙度(0.1～0.5)范围变化时的强度.结果 羟基磷灰石、骨及无有机成分的压缩强度分别为14.1 GPa、207 GPa和31.7 GPa.结论去除骨中的有机成分后其压缩强度降低约80%.水热交换法制成的羟基磷灰石抗压强度可能高于骨内羟基磷灰石,这种骨替代材料植入体内后,随着骨和纤维组织在内部生长,其强度有可能达到活体骨的水平.

基质力学环境影响下实体肿瘤血管生成的二维数值模拟

目的 考察肿瘤内外不同的力学环境对实体肿瘤血管生成过程中内皮细胞迁移运动的影响,数值生成毛细血管网络图.方法 考虑内皮细胞(EC)和细胞外基质(ECM)两相,将ECM设为线性黏弹性体,ECM位移由EC牵引力、ECM黏弹性力及外力构成的力平衡方程得出.通过对EC运动方程的离散,数值生成肿瘤内外血管网络.结果 考虑肿瘤内外力学环境对内皮细胞运动的影响,可以获得相对真实的分层毛细血管网络:在肿瘤外层富含毛细血管,越靠近肿瘤中心,血管越稀少.结论考虑力学环境影响的模型在一定程度上可以产生符合生理真实的肿瘤内外毛细血管网络,同时也给后续的研究提供了一定的依据.

考虑体位改变的血流动力学数学模型

目的 建立能反映体位改变的单一血管血流动力学分布参数模型,探讨重力对血管中血流压力的影响.方法 在一般的血流动力学模型中引入体力项,数值模拟体位不同时,重力对血流压力的影响.结果 体位不同时,重力可引起血流压力的变化不同.结论新建的血流动力学分布参数模型可以为研究体位改变引起心血管功能指标的变化提供帮助.

不同频率张应变作用下血管磷酸化HSP27的表达及其在血管平滑肌细胞迁移中的作用

目的 研究血管和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)磷酸化热休克蛋白27(heat shock protein 27,HSP27)在不同频率张应变条件下的表达变化及其对VSMCs迁移的影响.方法 应用血管体外应力培养系统,在频率为0.5 Hz和1.25 Hz、平均压力15.996 kPa(120 mmHg)和甲均流量50 mL/min的条件下培养猪颈总动脉,培养时间为24 h:又用Flexercell细胞应变加载系统,对人VSMCs施加0.5 Hz和1.25 Hz频率的10%张应变,加载时间为12 h.然后,Western blot检测不同频率张应变作用下血管和VSMCs的磷酸化HSP27的表达变化.应用RNA干扰技术,分别观察抑制HSP27表达前后的VSMCs迁移能力变化.结果 与频率为0.5Hz作用相比,1.25 Hz张应变可以激活血管和VSMCs的HSP27表达,抑制VSMCs迁移.RNA干扰HSP27后,VSMCs迁移数量明显增多.结论正常生理频率张应变可能通过激活血管HSP27抑制VSMCs迁移,以维持血管正常的结构和功能.

壳聚糖导管材料的制备及力学性能研究

目的 壳聚糖在组织工程血管支架、神经修复导管等方面虽有潜在的广泛用途,但体内降解慢,本实验研究壳聚糖导管在满足基本力学性能要求下尽量降低管壁的厚度,以缩短降解时间.方法 在初始溶液中加入聚乙二醇、甘油,通过浸渍-沥滤法制备壳聚糖管状材料,研究不同的成型工艺参数对壳聚糖导管力学性能的影响.结果 在初始溶液中加入适量的甘油有利于提高壳聚糖导管的断裂应力和断裂伸长率,但其杨氏模量无显著变化;2%的壳聚糖初始溶液较2.5%所制备的导管的断裂应力、断裂应变和杨氏模量高;制备过程浸入-干燥的次数为2次的较3次制备出的导管的断裂应力、断裂应变和杨氏模量高.结论初始溶液中甘油、壳聚糖浓度以及重复次数都会影响导管的力学性能,优化成型工艺能在满足基本力学性能要求下降低管壁的厚度以达到佳效果.

下颌角整形术对下颌骨应力以及颞下颌关节功能的影响

目的 分析基于东方经典美丽分析面罩的下颌角整形术对人体下颌骨及颢颌关节功能的影响.方法 获取病人术前和术后头部CT图像数据,通过Simpleware有限元建模软件生成计算模型,利用Abaqus软件观察手术前后模型上的应力分布及数值大小.结果 获得了具有良好形态的下颌骨三维有限元模型,根据在不同部位施加不同负荷模拟模型各部分的力学改变,发现手术前后下颌骨部及关节附近的应力分布有差异.结论基于东方经典美丽分析面罩的下颌角整形术,手术前后对病人的下颌骨及颢颌关节附近的应力减小.＃

半球与椭球髋臼假体对骨性髋臼应力分布的对比分析

目的 对比研究全髋置换后,半球与椭球髋臼假体的应力分布及其对骨性髋臼应力分布的影响.方法 分别建立半球髋臼、椭球髋臼与骨盆的三维有限元模型,对两模型施加相同的载荷条件,比较髋臼杯、骨性髋臼窝应力分布的差异,并用三维光弹性实验方法 进行验证.结果 相同的载荷条件下,半球髋臼杯和椭球髋臼杯的应力大值基本相同,在窝内应力分布的大致趋势也是相同的,而椭球杯的应力分布相对比较均匀,半球髋臼传递给骨性髋臼的应力大于椭球髋臼.应力集中部位均在髋臼的后外上方,半球髋臼杯有更明显的应力集中点.结论全髋置换后,椭球髋臼杯对骨性髋臼的应力分布更接近于正常骨性髋臼.

基于关节机器人的人体脊柱生物力学试验装置设计

目的 建立机器人生物力学试验装置,进行人体脊柱标本生物力学实验研究.方法 利用solidwork软件进行夹具设计,通过Visual C++6.0平台进行以太网套接字Socket编程实现PC机与机器人控制器之间的网络通信,读取机器人末端执行器的位置和旋转角度.PC机里面插入数据采集板读取力(力矩)传感器在三维空间中的力和力矩.位姿与力矩数据作为控制程序的输入数据,通过控制程序的处理,绘制出力-位移的二维曲线图,协助分析得出实验结果 .结果 开发并建立一套基于机器人的用于生物力学特性研究的实验装置,开发了相应的控制软件(力控制、位移控制、混合力/位移控制)及各类监控程序.结论设计出一套基于计算机控制的6自由度机器人全新实验装置,采用混合力/位移控制方法 对实验对象进行加载,可以很好地测试脊柱功能单元各组织结构的功能和受力状态,很容易地确定脊柱退变和各类手术对脊柱功能单元各组织结构所承担负载的影响.

组配式髋表面置换股骨头假体植入后股骨近应力变化的有限元分析

目的 研究组配式髋表面置换股骨头假体植入后,股骨近段及假体周围骨质区应力分布的变化.方法 建立正常股骨近段、传统表面髋置换假体(本实验选用Wright假体)、组配式表面髋假体三维有限元模型,关节加载后分析假体植入前后股骨近段应力分布变化,并对股骨近端假体周围区域骨质应力分布进行分区量化研究. 结果 传统假体沿着杆体周围骨质上有多处的应力集中区域,在股骨颁的下方(4、10区)应力明显增加,股骨头上方假体杯下缘(1、7区)应力遮挡;组配式假体螺钉周围骨质上虽有应力集中,但是数值相对较小,股骨颈下方(4、10区)应力分布接近正常股骨.结论与传统表面髋假体置换相比,组配式假体在股骨颈下方区域有较好的应力分布,接近正常股骨,降低了股骨颈骨折的危险.

隐形矫正器作用下牙颌组织的生物力学实验分析

目的 研究分析牙颌组织在隐形矫治器作用下的生物力学特性,以及隐形矫正器的作用力系和作用效果.方法 建立包括牙齿、牙周膜和牙槽骨在内的上颌三维有限元模型.根据正畸过程中牙齿的典型移动情况,设计多个矫正方案模拟.在此基础上分析在隐形矫治器作用下的牙颌组织的应力和应变情况.同时与传统固定矫治器的相关分析结果 进行对比.结果 隐形矫正器与传统的固定矫治器作用下牙颌组织的应力应变分布相近,且应力变化趋势相似.结论通过合理设计隐形矫治器,可以实现畸形的矫正及满足矫正过程中患者对美观的要求.

会议信息

致读者:关于本刊对一稿两投问题处理的声明