医用生物力学杂志
Journal of Medical Biomechanics
- 主管单位： 中华人民共和国教育部
- 主办单位： 上海交通大学
- 影响因子： 0.85
- 审稿时间： 1-3个月
- 国际刊号： 1004-7220
- 国内刊号： 31-1624/R
- 论文标题 期刊级别 审稿状态
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腰椎爆裂骨折椎体松质骨内力学分布特点的有限元研究
目的 运用有限元方法模拟腰椎爆裂骨折的过程,观察腰椎在轴向压缩载荷作用下松质骨内的应力分布情况.方法 建立正常人体胸腰段(T12 ～L2)运动节段的三维有限元模型,在T12椎体上表面施加不同等级的压力(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 kN),模拟腰椎爆裂骨折发生时椎体承受的不同等级的轴向压缩载荷.将连接椎体上下终板凹面顶点的连线7等分,在此基础上将L1椎体中的松质骨划分为7个具有统计节点的层面,每个统计层面划分成6个统计区.分别测量L1椎体松质骨内3个层面(第1、4、7层面)18个统计区的平均应力.在同一等级载荷下对3个层面内的平均应力进行单因素方差分析,分析腰椎椎体松质骨内不同载荷作用下的应力分布情况.结果 在5个不同等级载荷下,第1、7层松质骨平均应力分别与第4层比较有统计学意义(P＜0.05),而第1、7层平均应力比较无统计学意义(P＞0.05).轴向加载时,相比第1、7层应力,椎体松质骨中间层面(第4层)应力小.结论腰椎在轴向压缩载荷作用下,椎体松质骨内存在应力集中的现象,接近椎体上下软骨板的松质骨应力较大,而椎体松质骨中间层面应力较小,椎体内应力集中分布在上下软骨板的特点与腰椎爆裂骨折所致终板破裂的生物力学机制相一致,提示腰椎椎体骨结构损伤可能与椎体内应力集中有关.
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前路融合术后持续性前屈载荷下邻近节段黏弹特性研究
目的 分析前路融合术后持续性前屈载荷下邻近节段的黏弹力学特性,进一步了解椎间融合术后邻近节段加速退变的机制.方法 采用羊腰椎双节段样本,分别对融合前后的样本施加相同前屈位姿载荷,持续时间30 min,记录力矩松弛和邻近节段角度数据.分别对两组力矩松弛数据进行拟合,得到定量的黏弹性比较结果.结果 融合后整体的初始和终力矩分别显著增大30.68％、34.34％.上邻近节段的黏弹性变形显著增大28.21％.Prony模型可以很好拟合力矩松弛曲线(R2 =99.50％),融合后的整体刚度显著增大47.82％和31.14％,黏性显著下降27.19％和28.76％(P＜0.05).结论 融合术后脊柱保持相同姿态相同时间后,关节需承受更大的载荷以维持姿态;上邻近节段出现更大的黏弹性变形,增大不稳和损伤风险,均可能造成邻近节段加快退变.临床研究应更多关注准静态载荷对邻近节段退变发生的机制.
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不同剂量糖皮质激素对大鼠骨密度和生物力学性能的影响
目的 通过双能X射线骨密度仪(dual energy X-ray absorptiometry,DXA)、骨生物力学测试及骨组织计量学等方法研究不同剂量糖皮质激素摄入对正常3月龄大鼠骨骼的影响.方法 31只SPF级3月龄SD雌性大鼠,随机分为正常对照组、地塞米松(Dex)1、2.5、5 mg/kg组,每周尾静脉注射给药2次,共8周,对照组给予生理盐水对照.给药结束后,离体股骨和第3腰椎通过DXA进行骨矿含量(bone mineral content,BMC)、骨矿密度(bone miner-al density,BMD)测定,全股骨和第5腰椎分别进行三点弯曲和压缩力学实验,并通过骨组织病理切片观察胫骨近端骨小梁的显微结构并定量分析.结果 与正常组相比,所有激素组大鼠体重均明显降低,腰椎BMC、BMD及大压缩载荷均未明显下降,全股骨BMC均有所降低,但只有Dex 1 mg组全股骨和股骨远端、近端BMD降低;Dex 1 mg组三点弯曲实验断裂载荷、大载荷和弹性载荷都明显降低,而Dex 2.5 mg、Dex 5 mg组只有弹性载荷仍低于正常对照组.激素组骨小梁有空间密度分布不均现象,骨代谢处于低转换.结论 应用糖皮质激素8周对3月龄大鼠骨骼的不利影响股骨较腰椎明显,股骨骨量丢失,力学性能下降,两者均无剂量依赖性.更高剂量Dex并没有增加骨量丢失和力学性能改变.力学性能特别是弹性载荷下降以及骨小梁密度分布不均,提示糖皮质激素更多的是引起骨质量下降.临床上应用糖皮质激素时,应使用多种方法评价其对骨骼的副作用.
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股骨近端解剖参数的自动化三维测量
目的 基于解剖标志建立股骨三维坐标系,实现股骨近端解剖参数的自动化测量,辅助术前规划及个性化股骨柄设计.方法 自主研发专用于股骨解剖测量的Femeter软件,可读取显示股骨STL模型,手工选取目标解剖标志点.运用半球形搜索迭代方法实现髓腔快速三维建模,运用经典小二乘拟合等算法实现股骨头半径、颈干角、前倾角等相关16个测量参数的自动计算.结果 通过30例股骨STL模型进行测量实验,平均单次测量的算法执行时间为(0.95±0.16)s,9个解剖测量项的评定者内和评定者间可靠性较高(组内相关性系数为0.907 ～0.999).结论 Femeter软件的自动建模和测量算法执行速度较快,测量可重复性较好,操作简易,适用于临床.自动化三维股骨近端解剖测量可为人工全髋关节置换术前规划、股骨柄选择和个性化股骨柄设计提供可靠数据.
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V形曲力学性能的三维有限元分析
目的 对不同弓丝材质、尺寸、角度、形状、托槽间距的V形曲进行有限元力学分析,为V形曲的临床应用提供理论参考.方法 建立两种材质(不锈钢弓丝、β钛丝)、两种尺寸(0.43 mm×0.64 mm、0.48 mm×0.64 mm)、两种V形曲位置、两种角度(150°、165°)和两种托槽间距(7、10 mm)的V形曲有限元模型,进行模拟加载后,对比分析其力学性能.结果 不锈钢弓丝材质V形曲产生的大作用力值均大于β钛材质V形曲,0.43 mm×0.64 mm弓丝弯制的V形曲作用力均小于0.48 mm×0.64 mm组,对称型V形曲受弓丝尺寸变化更为明显,托槽间距变化对非对称型V形曲作用力力值的影响更为明显.在V形曲形状相同时,V形角度越小,其各托槽作用力越大.结论 弓丝材质尺寸、角度形状及托槽间距的改变均能影响V形曲力学行为.在临床应用中,可以根据托槽间距的大小,对V形曲弓丝材质尺寸、角度形状进行选择.
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高压对耳蜗的影响
目的 研究高压环境对人耳蜗的影响,弥补试验手段不足导致的耳蜗在高压环境下听力行为特征研究的缺失,为今后对耳蜗进行针对性研究提供新的思路.方法 基于健康人耳蜗CT扫描图像,结合自编程序,利用PATRAN软件建立三维螺旋耳蜗有限元模型.应用NASTRAN软件进行流固耦合频率响应分析和瞬态响应分析,通过数值模拟方法研究高压对耳蜗的影响.结果 基底膜12 mm处与镫骨底板中心(卵圆窗的中心)处位移比值模拟结果与已报道的试验结果相吻合,验证了所建模型的正确性.高压环境下,耳蜗中基底膜特征频率点的幅值随着压强的增大而不断减小.结论 高压环境终导致人耳听力的降低.研究结果为临床上研制防治高压的缓冲装置提供理论支撑.
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冷冻、冻干、辐照对用于脊柱融合的胫骨皮质骨力学性能的影响
目的 研究冷冻、冻干及辐照处理方法对胫骨皮质骨抗压强度和硬度的影响,探讨适合的胫骨皮质骨处理方法.方法 收取外伤截肢的胫骨干中段皮质骨,将其加工成大小约10 mm×10 mm×5 mm的皮质骨板,并随机平均分为7组:正常组(A组)、深冻组(B组)、冻干组(C组)、冷冻+60Co辐照(25 J/g)组(D组)、冷冻+60Co辐照(50 J/g)组(E组)、冻干+60Co辐照(25 J/g)(F组)、冻干+60Co辐照(50 J/g)组(G组).应用生物材料试验机分别对不同处理方法的同种皮质骨进行抗压强度和硬度测试.结果 胫骨皮质骨的大抗压强度为6.089 ～9.089 kN.与A组比较,B、C、D、F组胫骨皮质骨的抗压强度无明显区别(P＞0.05),B、C组硬度无明显区别(P＞o.05),但D、F组硬度分别减少9.6％(P＜0.05)和8.7％(P＜0.05);E、G组与A组比较,抗压强度分别减少29.6％(P＜0.05)和33.1％ (P ＜0.05),硬度分别减少16.7％ (P ＜0.05)和14.8％ (P ＜0.05).结论 对胫骨皮质骨进行冷冻、冻干处理时,抗压强度及硬度较无处理组无明显变化.与无处理组比较,冷冻后或冻干后接受小剂量60Co辐照时胫骨皮质骨的抗压强度无明显变化,但硬度有一定降低;大剂量60Co辐照时,抗压强度及硬度均有明显降低.在应用同种皮质骨融合支架行椎间融合时,辐照灭菌剂量应控制在15～25 J/g.
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镍钛合金冠脉支架纵向柔顺性数值分析
目的 利用有限元方法分析自主设计镍钛合金冠脉支架的结构特征与纵向柔顺性的关系.方法 通过Soildworks设计一种新型支架的几何模型,运用Hypermesh、MATLAB及ABAQUS软件构建出支架的有限元模型,在ABAQUS中对支架一个结构周期内的9个弯曲方向上分别施加转角位移,使支架保持纯弯曲状态.结果 支架柔顺性在自接触前差异性不明显;当自接触发生后,支架的柔顺性表现出明显的各向异性,同时支架在平面内的纯弯曲载荷作用下发生弯曲变形,并伴随着平面外的偏转及围绕自身轴线的扭转变形.结论 支架的结构特征决定了其弯曲行为,连接体的螺旋和自接触使支架的柔顺性始终表现出各向异性,为支架在临床上的应用提供科学指导.
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激光虹膜切开术对角膜内皮细胞所受切应力影响的数值研究
目的 研究激光周边虹膜切开术(laser peripheral iridoctomy,LPI)对患者眼内房水流动和角膜内皮细胞所受流体切应力的影响.方法 参照文献中的人眼几何数据,在CAD软件中建立三维完整眼球几何模型,并结合有限元软件数值模拟LPI术后房水流动状态以及角膜内皮细胞所受切应力的变化,并对比LPI手术前后虹膜上不同激光开孔位置时角膜内表面切应力的数值结果.结果 虹膜上激光孔的位置越靠近瞳孔中心,角膜受到的切应力越小.在激光孔离瞳孔轴距离分别为4.0、4.5、5.0、5.5mm时,对应角膜内皮受到的大切应力分别为16.5、25.8、57.0、179.8 mPa.激光孔在3、6点方位时的切应力大值比开孔在12点方位时的切应力大值(56.95 mPa)分别高出13.7％和4.2％.结论 LPI会改变患者眼内房水流动和角膜内皮细胞所受流体切应力.合适的开孔位置能降低角膜内皮细胞受到的切应力,减少LPI术后患者大泡角膜病变的风险.
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多耦合场下带缺陷肝血管灌注过程的动力学研究
目的 以前期肝血管灌注的研究为基础,使用动力学方法研究并仿真肝血管在堵塞或带有异物时灌注过程中的流体动力学行为和血管壁力学特性,探究其变化规律及各种因素对灌注过程的影响程度.方法 依据医学影像数据构建肝脏直血管和弯曲血管实体模型,提出估算灌注速度的数学方法,仿真模拟血管内灌注液的流动;在双向耦合条件下对血管壁进行力学特性分析,同时在多耦合条件下提出灌注参数优化.结果 供肝血管管径改变(如血管痉挛)或在血管内突发栓子情况下进行灌注时血管内流体动力学行为是:(1)当血管堵塞程度不同时,前半段的变形比后半段变形要严重;(2)相同条件下,弯曲血管变形远大于直血管变形.结论 仿真结果较为清晰地显示提出的估算灌注速度的方法是可行的,仿真灌注下血管内的流体动力学行为以及血管壁的力学特性双向耦合结果分析符合医疗实际.利用该速度进行灌注得出仿真结果显示,各个因素对于灌注过程中血管壁的特性影响程度从大到小依次为:堵塞程度、血管形状和异物位置,并在流-固-热多耦合场条件下得到了血管灌注参数的优化值.
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坐骨神经痛患者的步态特征
目的 分析总结坐骨神经痛患者的步态特征,辅助临床的诊断评估.方法 连续住院治疗的43例伴有坐骨神经痛的腰椎间盘突出症患者,佩戴便携式步态分析仪后自由下平地行走120 m,同时纳入性别、年龄、身体质量指数(body mass index,BMI)匹配的43例健康受试者作为对照组.采集受试者的步态数据,包括7个时空参数(单支撑时间、双支撑时间、单双腿支撑时间比、步态周期时间、步速、步频、步长)以及4个加速度参数(拔腿强度、摆腿强度、地面冲击、足落地控制),对比患者与正常人、患者患侧与健侧下肢之间的步态差异.结果 患者单支撑时间、单双腿支撑时间比、步速、步频、步长及4个加速度参数明显小于正常人,而双支撑时间延长.相比于患者健侧下肢,患侧下肢支撑时间、步频及4个加速度参数显著性减小,步长增加.结论 坐骨神经痛患者患侧下肢运动功能出现障碍,影响步行能力.便携式步态分析仪可反映坐骨神经痛患者下肢的异常步态特征,为临床诊断评估提供参考.
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支架参数对血管壁面剪切应力的影响
目的 研究不同支架参数对血管壁面再狭窄的影响,为设计支架形式提供参考和依据.方法 根据支柱的螺纹节距、支柱数目、支柱线径、支架突入流域深度、支柱截面形状对支架进行分组,利用三维计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟方法研究各个参数的不同设置对血管壁面剪切应力分布的影响.结果 支架的支柱线径对壁面剪切应力影响为显著,并且支架参数中节距变短、支柱数目增加、线径变宽、突入流域深度增加会导致壁面低剪切应力区域面积增加;相对于三角形与正方形截面形状,圆形截面支架导致的低剪切应力区域面积更少.结论 支架在设计过程中应采用圆形截面,而且应尽可能缩小线径,增长节距,减少支柱数目,减小突入流域深度.
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一种表征残肢血管结构变形的参数方法
目的 论证改进的Hansdorff距离(modified Hausdorff-distance,MH)对残端血管树结构变化的影响规律.方法 从CT断层扫描获得临床病例血管模型数据,在MIMICS 10.0中通过设置“控制点间距”(distance betweencontrol points,DCP)参数得到残肢血管的中心线模型,在MATLAB软件中编程施加变形,并计算和分析参数MH.根据转轴位置的不同,按照参与变形的血管节点数目、血管总长逐渐增大的顺序,将变形分为C1、C2、C3、C44种情况.结果 MH随着血管旋转角度的增加而增大,但由于参与变形血管模型的大旋转半径和血管总长不同,呈现不同的增长趋势.随血管旋转角度增加,MH从C1到C4均逐渐增大,C2到C3变化大,C3到C4变化小.其中,C2大旋转半径和血管总长比C1分别增加了22.2％和91.3％,C4大旋转半径和血管总长比C3分别增加了14.1％和26.8％,而MH则大变化了60.4％和4.5％.结论 MH可有效表征残端血管结构的变化,可近似认为在残肢中MH与血管变形角度呈正比,且大旋转半径对MH的影响较大,同时发现DCP＜3 mm可有效避免参数设置的影响.另外,MH还可用于其他血管树结构变化和比较的研究.
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踝关节扭伤防护及其康复研究进展
踝关节扭伤是临床常见的外科损伤之一.阐述足踝部解剖结构,重点回顾踝关节运动过程中韧带的生物力学状态.同时,分析踝关节扭伤机制,归纳目前踝关节扭伤预防和康复的主要手段,并着重介绍踝护具预防踝关节扭伤的使用及研究进展.进而归纳踝护具的分类及特点,对踝关节扭伤的预防和踝护具的发展进行展望.踝关节外侧韧带损伤的多发性源于踝关节生理结构的内外侧差异,踝护具的改进及新型踝护具的开发应考虑此结构特点.佩戴踝护具对踝关节扭伤防护具有积极意义,在临床康复方面具有缩短康复时间和避免再次受伤的作用.对于踝关节严重扭伤的康复,半刚性护踝比弹性护踝效果更好.
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颈动脉易损斑块的生物力学机制和破裂风险评价指标
颈动脉粥样硬化斑块的破裂和继发血栓形成是导致缺血性脑中风的主要原因.颈动脉斑块局部的生物力学状况及形态、成分和生物学活性均与颈动脉斑块的破裂风险密切相关.综述和分析颈动脉狭窄斑块生物力学的研究方法、颈动脉狭窄易损斑块破裂风险及临床治疗决策、颈动脉易损斑块的动物模型及实验、颈动脉斑块成分和生物学活性等方面的研究进展和存在问题,并就有关颈动脉易损斑块的生物力学机制和破裂风险评价指标的研究前景进行展望,希望为确定合理的颈动脉狭窄治疗适应证提供必要的理论依据.
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颈椎体内运动的生物力学研究
由于技术水平的限制,传统的体外生物力学研究方法无法完全模拟人体内真实环境.颈椎体内运动的生物力学研究利用先进的影像技术和检测方法,能够直接观测体内颈椎的运动状态,所获得的数据更接近真实情况,对临床具有重要的参考价值和指导意义.介绍颈椎体内运动的生物力学研究方法、发展过程及目前颈椎体内运动的研究现状,分析颈椎融合手术和颈椎间盘置换术后颈椎运动的改变以及手术对邻近节段的影响,并对今后的发展方向进行探讨.
| 年 | 期数 |
| 2018 | 01 02 03 04 05 |
| 2017 | 01 02 03 05 06 |
| 2016 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2015 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2014 | 01 02 03 05 06 |
| 2013 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2012 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2011 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2010 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2009 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2008 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2007 | 01 02 03 04 |
| 2006 | 01 02 03 04 |
| 2005 | 01 02 03 04 |
| 2004 | 01 02 03 04 |
| 2003 | 01 02 03 04 z1 |
| 2002 | 01 02 03 04 |
| 2001 | 01 02 03 04 |
| 2000 | 01 02 03 04 |
