• 2022年第6期文章目次
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      2022, 37(6).

      摘要 (118) HTML (0) PDF 431.77 K (665) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2022, 37(6).

      摘要 (67) HTML (0) PDF 2.00 M (560) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 主编新年致辞

      2022, 37(6):989-989.

      摘要 (125) HTML (0) PDF 904.17 K (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >述评
    • 眼生物力学专栏论著评述

      2022, 37(6):990-992.

      摘要 (183) HTML (0) PDF 844.20 K (582) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >专家论坛
    • 角巩膜生物力学2021年度研究进展

      2022, 37(6):993-999.

      摘要 (535) HTML (0) PDF 980.36 K (874) 评论 (0) 收藏

      摘要:角巩膜为眼外壁组织,在维持眼球形状和屈光功能方面均发挥着重要作用。 作为典型的黏弹性组织,角巩膜 力学性能的变化会引起相应的眼部疾病,如近视和圆锥角膜等。 临床上,可通过人为改变角巩膜组织的几何结构 (如屈光手术、角膜接触镜的佩戴、角膜胶原交联术)改变生物力学行为,治疗一些与屈光有关的眼科疾病。 本文通 过对与角巩膜相关疾病及临床治疗方法中的生物力学研究进展进行综述,理出这些临床诊疗手段中仍需要解决的 问题,以期为进一步临床诊疗策略的完善和新的潜在治疗手段的开发提供参考。

    • >专栏
    • 小梁网组织表面力学特性及其各向异性模型

      2022, 37(6):1000-1005.

      摘要 (99) HTML (0) PDF 2.75 M (536) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨小梁网组织表面弹性模量的变化趋势,并使用各向异性模型模拟,验证各向异性模型的合理性。方法 对 2 只大鼠的 4 个小梁网样本在表面不同位置进行原子力显微镜( atomic force microscope,AFM)压痕实验,并使用本课题组提出的各向异性小梁网力学模型对小梁网组织表面不同位置处测得的弹性模量进行模拟实验。结果测试得到的小梁网组织表面弹性模量会随着位置不同而变化,并且在小梁网中段达到最小值;各向异性小梁网力学模型可以较好地模拟这一现象。 结论 各向异性小梁网力学模型在描述小梁网力学特性方面具有较强的理论意义与实用价值。 同时,该模型可以解释对小梁网组织进行单轴拉伸与 AFM 压痕实验获得的弹性模量之间的巨大差别。 因此,各向异性小梁网模型是对小梁网力学特性的一种更好描述。

    • 眼外肌黏附行为对眼球运动的影响

      2022, 37(6):1006-1016.

      摘要 (576) HTML (0) PDF 8.21 M (502) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究眼外肌黏附行为对眼球运动的影响。 方法 用 3 种不同尺寸钢性球形压头对暴露在空气中不同 时间下的离体眼外肌进行压痕-分离实验,研究眼外肌的黏附行为。 结合 JKR 理论和眼球运动模型分析眼外肌与 巩膜之间黏附作用在眼球运动过程中对维持眼球平衡的贡献。 结果 离体眼外肌肌外膜的黏附力随暴露在空气 中时间的延长而减小。 除暴露 1 h 外,黏附力在其他暴露时间下不受压头尺寸的影响。 实验黏附力与 JKR 理论计 算的理论黏附力有较好的一致性。 眼球外转过程中,眼外肌与巩膜之间的黏附力和外直肌主动力随外转角度增大 而增大。 黏附力矩随外转角度呈指数型上升,并且占阻力矩、被动力矩和黏附力矩总和的比例也越来越大。 结 论 离体眼外肌肌外膜暴露在空气中时间的长短对其黏附特性有显著影响。 JKR 理论能较好描述眼外肌与巩膜 之间的黏附作用。 该黏附作用在眼球运动中参与维持眼球的平衡,对调节眼球运动有一定的贡献。 研究结果可为 斜视等眼球运动相关疾病的研究提供理论依据。

    • 负压吸附式角膜夹持器设计与吸附参数仿真研究

      2022, 37(6):1014-1019.

      摘要 (111) HTML (0) PDF 4.52 M (531) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种通过负压将角膜吸附提升至合适缝合深度的高度后进行缝合的方案,并对吸附参数进行仿 真研究。 方法 根据手术要求,设计负压吸附式角膜夹持器。 建立不同长度、深度及位置的直型伤口角膜的吸附 仿真模型,针对 6 种负压条件,利用流固耦合分析对负压吸附角膜过程进行仿真,求解角膜变形、应力及吸附力。 在 PDMS 薄膜上测量 6 种负压条件所产生的吸附力,并与仿真结果对比分析。 同时在离体猪眼球上进行吸附实 验,评估所设计角膜夹持器的操作安全性。 结果 -70~ -40 kPa 负压下,所有仿真模型角膜最大变形均大于角膜 缝合深度要求的伤口最大提升高度。 最大变形随负压减小而增大。 所有仿真模型角膜最大应力均小于角膜基质 破坏强度(5 MPa)。 吸附力仿真值相对实验值比较吻合。 负压高于-70 kPa 时所设计夹持器进行吸附操作时角膜 未出现破裂。 结论 该角膜夹持器在-70~ -40 kPa 负压下能实现角膜缝合深度要求,且可通过改变负压精确调控 缝合深度,高于-70 kPa 时进行吸附操作不损伤角膜组织。 在该角膜夹持器辅助下,医生可使用直针完成角膜缝合 操作,降低临床操作的难度。

    • 角膜黏弹性对喷气试验的影响

      2022, 37(6):1020-1025.

      摘要 (534) HTML (0) PDF 4.41 M (412) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探索不同条件下角膜黏弹性在喷气试验中的作用。 方法 基于患者角膜地形图数据构建个性化全眼 模型,加载喷气模型,分析不同条件下线弹性和黏弹性角膜材料喷气试验结果的差异。 结果 在角膜刚度、眼内 压、巩膜刚度都相同的情况下,线弹性材料的角膜顶点最大位移比黏弹性材料小 0. 01 ~ 0. 03 mm;当角膜刚度和巩 膜刚度一定,眼内压从 12 mmHg 增大到 24 mmHg(1 mmHg = 0. 133 kPa)时,线弹性材料的角膜顶点最大位移绝对值 的下降速率比黏弹性材料慢 0. 9 μm/ mmHg;当角膜刚度和眼内压一定,巩膜刚度从 1. 24 MPa 变化到 9. 92 MPa 时, 线弹性材料的角膜顶点最大位移绝对值的下降速率比黏弹性材料慢 1. 1 μm/ MPa;当巩膜刚度和眼内压一定,角膜 刚度 0. 827 MPa 变化到 2. 790 MPa 时,线弹性材料的角膜顶点最大位移绝对值的下降速率比黏弹性材料慢 8 μm/ MPa。 结论 喷气试验中的角膜顶点位移主要由角膜组织的弹性驱动,角膜黏弹性在喷气试验中的作用不 明显。 在临床上采用喷气法评估角膜生物力学响应时,可忽略角膜黏弹性影响。

    • 可降解载药原位水凝胶在眼后段药物缓释的有限元分析

      2022, 37(6):1026-1031.

      摘要 (575) HTML (0) PDF 3.01 M (454) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究在水凝胶的降解行为下药物在眼后段的扩散过程,为评估局部药物浓度和优化可降解水凝胶的 眼内释药性能提供研究基础。 方法 通过有限元分析法建立可降解载药原位水凝胶在眼后段的药物传递模型。 模型考虑水凝胶的降解作用、眼内压和视网膜色素上皮细胞主动吸收引起的对流作用,以及眼内吸收清除作用对 药物扩散的影响,探究药物在眼后段中的浓度变化情况。 结果 释药过程中,眼内药物主要向后部扩散,载药水凝 胶的释药速度明显慢于溶液药物。 结论 可降解水凝胶通过防止药物中心移动和限制凝胶内部药物扩散的方式 延长药物在眼后段的停留时间,合理调整原位水凝胶注射位置和降解性能参数能有效提高其治疗效果。

    • 基于角膜生物力学对小切口角膜基质透镜取出手术优化及联合角膜胶原交联手术的效果分析

      2022, 37(6):1032-1038.

      摘要 (424) HTML (0) PDF 4.90 M (493) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立小切口角膜基质透镜取出(small incision lenticule extraction, SMILE)手术的有限元模拟体系,模拟 术后角膜生物力学性能变化,为 SMILE 手术的优化设计提供依据,并探讨角膜胶原交联( corneal collagen cross- linking, CXL)手术对 SMILE 术后角膜生物力学性能的影响。 方法 采用交联强度梯度分布的超弹性本构关系描 述角膜的生物力学性能,建立 SMILE 手术的压痕有限元模型,设置不同的切口位置、切口弧度、侧切口角度和角膜 帽厚度,分析 SMILE 术后角膜生物力学性能的变化;对 SMILE 术后角膜进行 CXL 手术的有限元模拟,分析不同辐 射能量对角膜生物力学性能的影响。 结果 随着切口位置角度变小、切口弧度增加、侧切口角度从 90°增大到 135° 或减小到 45°、角膜帽厚度减小,SMILE 术后角膜最大 von Mises 应力不断增大;随着辐射能量增加,CXL 术后最大 von Mises 应力不断增加。 结论 构建的有限元模型可有效表征 SMILE 术后角膜的生物力学响应,为 SMILE 手术 的优化设计提供模拟依据;CXL 手术有助于提高 SMILE 术后角膜的生物力学强度。

    • 超声乳化白内障吸除术对老年闭角型青光眼患者血液流变学的影响

      2022, 37(6):1039-1043.

      摘要 (53) HTML (0) PDF 921.36 K (448) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨利用超声乳化白内障吸除术治疗老年闭角型青光眼患者前后血流动力学变化及治疗效果的影 响。 方法 86 例老年闭角型青光眼患者,随机分为对照组(n = 43)和干预组(n = 43),并分别进行小梁切除、超声乳 化白内障吸除手术治疗。 观察分析两组患者的眼压、血液流变学指标,及其与视力、并发症发生率、前房深度、房角 黏连闭合等治疗疗效相关性。 结果 治疗前,两组患者的视力及眼压,血浆黏度、红细胞压积及血小板黏附率,前 房深度及房角黏连闭合度,均没有显著性差异 (P>0. 05);治疗后,与对照组相比,干预组视力升高(P<0. 05),且眼 压降低(P<0. 05),并发症发生率降低( P< 0. 05),血浆黏度、红细胞压积及血小板黏附率等指标均明显降低 (P<0. 05),前房深度及房角黏连闭合度改善程度均明显提高(P<0. 05),治疗疗效明显提高(P<0. 05)。 结论 老 年闭角型青光眼患者接受超声乳化白内障吸除术治疗可有效增强治疗疗效,使并发症发生率进一步降低,并促进 患者眼压及视力改善,使患者前房深度及血流动力学稳定性显著提升,并能对房角黏连闭合进行有效控制,在老年 青光眼治疗中可推广使用。

    • >论著
    • 超重环境对骨组织生物力学性能和形态结构的影响

      2022, 37(6):1044-1049.

      摘要 (100) HTML (0) PDF 3.31 M (489) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨超重环境对骨组织生物力学性能及骨组织形态结构的影响,为航天员和飞行员安全飞行训练及 最大耐受高重力值的确定提供理论支撑。 方法 采用本课题组自主设计的超重加载平台构建超重动物模型,加载 方式为腹背方向承受向心加速度,加速度分别为 5、10、20 g,离心 45 s,1 次/ d,5 d / 周,连续 4 周。 使用 Instron 5865 材料力学试验机对离体骨组织进行三点弯曲试验,通过测量力学参数的变化,分析超重环境对骨组织生物力学性 能的影响;通过双能 X 线骨密度仪扫描、Micro-CT 扫描、骨组织染色等技术,检测骨矿物质含量、骨密度及骨小梁等 形态学参数的变化,观察超重环境对骨组织形态结构的影响。 结果 超重加载可显著降低小鼠胫骨的断裂应力及 弹性模量。 超重环境导致骨组织中骨体积分数下降,骨小梁厚度以及骨小梁数量显著降低,骨小梁排列紊乱。 结 论 超重环境对骨组织生物力学性能及骨组织形态结构的影响与超重载荷的强度密切相关。 低(5 g)强度超重载 荷能够降低骨小梁厚度,但对其力学性能的影响很小。 中(10 g)、高(20 g)强度超重载荷能够显著触发骨流失以 及骨力学性能的下降。 随着超重载荷的增加,机体的生理调节无法阻止骨量和力学性能下降的趋势

    • 兔髌韧带压缩力学性能

      2022, 37(6):1050-1055.

      摘要 (62) HTML (0) PDF 3.79 M (497) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究不同应变率下韧带的压缩应力-应变关系,并构建本构模型,为韧带的损伤预估及替代材料的研 发提供参考。 方法 通过万能拉伸试验机测试兔髌韧带在不同应变率(0. 001、0. 01、0. 1、1 s-1 )下的压缩力学性能 和压缩松弛响应,并构建相应的本构方程。 结果 单轴无侧限压缩实验表明,随着应变率增加,30% 、40% 应变下的 应力和切线模量均明显增大。 相比于 Gent 模型,Fung 和 Ogden 模型更适用于拟合韧带压缩曲线(R2 >0. 99);采用 4 项 Prony 级数更适用于拟合韧带的松弛曲线(R2>0. 99)。 结论 兔髌韧带的压缩力学性能有显著的黏弹性响应, Fung 和 Ogden 模型可用于拟合韧带的压缩响应,4 项 Prony 级数可用于拟合兔髌韧带的压缩松弛响应。

    • 国人第 5 百分位女性行人下肢生物力学计算模型开发及应用

      2022, 37(6):1056-1063.

      摘要 (539) HTML (0) PDF 9.09 M (487) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 预测与评估行人-汽车碰撞中小身材女性行人下肢的生物力学响应及损伤机制。 方法 基于符合国 人第 5 百分位女性特征的志愿者 CT 影像数据,重构具有详细解剖学结构的下肢几何模型,进行表面处理和网格化 后,构建下肢有限元计算模型。 重构动态三点弯曲尸体试验以及高速载荷下膝关节横向弯曲和剪切尸体试验,对 模型进行有效性验证。 应用该模型参照 Euro NCAP 技术公告 TB024 设置 4 组行人下肢-汽车碰撞仿真试验,探究 第 5 百分位女性行人下肢损伤机制。 结果 通过对比仿真试验与尸体试验结果,验证该模型具有较高的生物仿真 度。 在 4 种不同车型仿真试验结果中,SUV 车型对下肢损伤最轻。 小身材女性下肢股骨最易发生骨折,长骨最先 骨折,使得膝关节韧带未见损伤。 结论 本文所建下肢有限元模型作为国人第 5 百分位整人模型开发的一个重 要组成部分,为模型研发奠定基础。 研究结果对小身材女性行人损伤机制研究和行人保护装置研发有重要的应 用价值。

    • 个性化 3D 打印钛合金短柄股骨假体的生物力学评价

      2022, 37(6):1064-1069.

      摘要 (153) HTML (0) PDF 2.88 M (569) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 评估个性化 3D 钛合金打印短柄股骨假体的生物力学性能。 方法 采用 4 种不同的短柄股骨假体: 3D 打印 1 组(假体 A)、3D 打印 2 组(假体 B)、BE 组(假体 C)、SMF 组(假体 D),分别对 12 根成人尸体股骨标本实 行人工股骨头置换。 在万能材料力学试验机上通过初始稳定性测试和静力压缩测试,对比分析 4 组假体模型变形 量、最大压缩载荷、最大压缩位移和抗压缩刚度。 结果 初始稳定性测试结果显示,3D 打印 2 组假体变形量略低于 3D 打印 1 组,而明显低于 SMF 组和 BE 组,但差异无统计学意义(P>0. 05)。 3D 打印 2 组假体最大压缩载荷、抗压缩 刚度均大于其余 3 组,最大压缩位移小于其余 3 组,差异仍无统计学意义(P>0. 05)。 结论 个性化 3D 打印钛合金短 柄股骨假体力学性能与目前临床常用的股骨 SMF、BE 1 假体相当,力学稳定性较好。

    • 单髁置换胫骨假体后倾角对关节接触应力影响

      2022, 37(6):1070-1075.

      摘要 (72) HTML (0) PDF 3.20 M (509) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立活动平台膝关节单髁置换(mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty, MB-UKA)术前、术后 膝关节有限元模型,研究 MB-UKA 胫骨假体后倾角对关节接触应力影响。 方法 基于健康受试者计算机断层 (computed tomography,CT)及磁共振(magnetic resonance,MR)影像,构建健康膝关节有限元模型,并验证 MB-UKA 术前、术后模型的有效性。 模拟 MB-UKA 胫骨假体后倾 7°手术,将三维运动捕捉系统及力平台相关参数作为有限 元模型输入条件,分别计算外侧间室胫骨平台软骨和聚乙烯衬垫的最大接触应力。 结果 与现有文献结果进行对 比验证表明,健康膝关节和 MB-UKA 术后膝关节有限元模型计算结果较为合理。 MB-UKA 术后胫股关节接触应力 变化较大,聚乙烯衬垫接触应力远大于对侧间室胫骨平台软骨接触应力。 结论 本文所建 MB-UKA 术前、术后有 限元模型较为合理。 研究结果为 MB-UKA 的评估提供了一个可参考的方法。

    • 步态周期下髋臼生物力学特征

      2022, 37(6):1076-1082.

      摘要 (98) HTML (0) PDF 7.61 M (507) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究正常步态周期下髋臼周围区域应力分布规律,并进一步探究髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄 形态分布。 方法 通过人体逆向动力学分析获取人体步态周期 8 个典型阶段的肌肉及髋关节载荷,应用三维重建 技术构建髋关节三维模型,以所得载荷作为加载边界条件进行有限元分析及拓扑优化。 结果 步态周期支撑相下 髋关节载荷较大,中柱应变能占总应变能 55% ~69% ,髋臼顶部应力较大;摆动相下髋关节载荷减小,中柱应变能所占 百分比减小。 髋关节不同的运动角度影响肌肉力,进而影响髋关节上应力分布规律。 所获得髋臼各柱的生物力线分 布与解剖学所提出的生物力线及骨小梁排布基本吻合,与拓扑优化结果中骨皮质较厚区域相对应。 结论 通过数值 模拟方法可以确定髋臼各柱的生物力线和骨皮质厚薄形态分布,为骨折治疗内固定装置的合理放置提供理论指导。

    • 基于脊柱矢状面曲线建立腰椎 L4 ~ 5 力学简化模型及其有效性验证

      2022, 37(6):1083-1087.

      摘要 (96) HTML (0) PDF 3.98 M (488) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 根据人体脊柱矢状面曲线建立腰椎 L4~ 5 活动节段力学简化模型,对该模型结构进行有效性验证与分 析。 方法 采用基于飞行时间测距原理的体外测量装置获取人体脊柱矢状面曲线,基于该曲线构建腰椎 L4 ~ 5 机 械简化模型,并从关节活动度(range of motion, ROM)、椎间盘应力( intervertebral disc pressure, IDP)分布及小关节 力(facet joint force,FJF)方面对模型有效性进行验证。 结果 在 0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、1 kN 随动载荷( follower load, FL)下模型最大 IDP 分别为 0. 23、0. 46、0. 69、0. 92、1. 15 MPa,纯扭矩下模型屈曲、后伸、侧屈及轴向扭转时 ROM 分 别为 6. 61°、4. 03°、3. 30°、2. 03°,在 FL 和扭矩共同作用下屈曲、后伸、侧屈及轴向扭转时 IDP 分别为 1. 80、1. 00、 1. 36、0. 80 MPa,后伸、侧屈及轴向旋转时 FJF 分别为 79. 60、29. 49、94. 64 N。 结论 基于人体脊柱矢状面曲线构建 的力学简化模型可用于脊柱矢状面曲线变化的脊柱力学分析。

    • 不同牵引正畸方式治疗烧伤爪形手的生物力学分析

      2022, 37(6):1088-1094.

      摘要 (473) HTML (0) PDF 4.93 M (483) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究烧伤爪形手畸形的形成及两种牵引正畸治疗中针对软组织的生物力学分析。 方法 建立包含皮 肤和瘢痕的手部有限元模型,对烧伤爪形手畸形的瘢痕挛缩-肌腱韧带挛缩-瘢痕切除并植皮-牵引正畸治疗全过程 进行数值模拟,对相关软组织进行生物力学分析,并对比两种牵引方式的优劣。 结果 瘢痕挛缩时,相关的屈肌和 伸肌都被拉伸;掌指关节处背侧韧带松弛,多数侧副韧带紧张。 手术治疗后,畸形有较大程度缓解;肌腱紧张或松 弛程度减小;紧张的侧副韧带松弛,挛缩的背侧韧带被拉伸。 牵引正畸治疗对手术治疗具有增益的效果。 对于烧 伤爪形手畸形,本文所设定的经过瘢痕松解后直接施加动态牵引的治疗方案安全有效,且对肌腱伸长有较好的促 进作用;从牵引效果来看,拉长式牵引方法较拮抗式牵引更具有优势。 结论 研究结果可以为临床介入和患者预 后的改善提供参考。

    • 3 种不同髁突头部形态全颞下颌关节假体的生物力学研究

      2022, 37(6):1095-1109.

      摘要 (69) HTML (0) PDF 5.45 M (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对个性化聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)全颞下颌关节假体进行三维建模,通过有限元分析 3 种不同髁突头部形态(原型、80% 原型及圆柱形)假体的应力分布特征,评估 3 种不同髁突头部形态对 PEEK 全颞 下颌关节假体稳定性、关节运动以及关节窝的影响。 方法 建立颅颌面及 PEEK 全颞下颌关节假体有限元分析模 型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,分析在牙尖交错位、切 颌位、左侧磨牙颌位及右侧磨牙颌位 4 种不同咬合条件下,关节窝假体、髁突 假体、钛钉最大应力,下颌骨应力、应变分布,以及 3 种模型的最大位移。 结果 3 种模型 PEEK 全关节假体及螺钉 的最大应力分别为 35. 22、16. 73 MPa,均低于其材料的屈服强度;模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下颌骨最大应力分别为 41. 47、42. 84、 56. 92 MPa,应变分别为 3. 896×10-3 、2. 175×10-3 、4. 641×10-3 。 3 种模型的最大位移为 209. 0 μm,位于模型Ⅲ的左侧下 颌角处。 结论 3 种不同髁突头部形态的个性化 PEEK 全颞下颌关节假体均显示出较为均匀的应力应变分布,但髁 突头部形态为 80% 原型假体的力学效果更好。 研究结果为 PEEK 全颞下颌关节的设计提供一定理论依据。

    • 远中邻牙合腭面缺损的上颌第 1 磨牙纤维桩-树脂核修复的有限元分析

      2022, 37(6):1107-1113.

      摘要 (68) HTML (0) PDF 6.62 M (583) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究根管治疗后远中邻 腭面(disto-occluso-palatal,DOP)缺损的上颌第 1 磨牙纤维桩-树脂核修复策 略。 方法 建立 8 种不同的纤维桩-树脂核修复策略修复后的上颌第 1 磨牙有限元模型。 若多根桩在髓腔内存在 干扰,则将较细的桩在重叠部分下方 1 mm 处水平截断作为辅桩,较粗的桩保留原长作为主桩。 分别加载与牙体长 轴平行的 800 N 垂直力和与牙体长轴呈 45°的 225 N 侧向力。 通过有限元分析计算牙体组织和纤维桩内的等效应 力及桩-树脂水门汀、树脂水门汀-根管壁界面上的切应力。 结果 在相同载荷下,不同组间在牙体组织外表面的应 力分布形式相似。 垂直加载时,应力集中于根干的腭侧面;侧向加载时,应力集中于根干的近中颊侧面。 置入纤维 桩的根管中 1 / 3 处内表面最大等儿应力上升,而根管颈 1 / 3 处内表面最大等效应力下降。 垂直、侧向载荷下所受 应力最大的桩分别是腭桩和近颊桩。 垂直载荷下,在同一根管内主桩较辅桩在桩-树脂水门汀界面上的切应力大; 侧向载荷下,近中颊桩的桩-树脂水门汀界面切应力最大。 垂直载荷下,树脂水门汀-根管壁界面上最大切应力在腭 根内放置纤维桩时最大;侧向载荷下,界面上的最大切应力在近颊根放置纤维桩时最大。 结论 对于 DOP 缺损的 上颌第 1 磨牙,纤维桩修复能有效地将 力向根方传导,改善剩余牙体组织中的应力分布。 在腭根内置入单根纤 维桩进行纤维桩-树脂核-全瓷冠修复可能是其最佳修复策略。

    • 上颌骨复杂缺损 3D 打印精准重建支架的生物力学研究

      2022, 37(6):1110-1106.

      摘要 (589) HTML (0) PDF 6.34 M (500) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种用于修复上颌骨大面积骨缺损的 3D 打印植入体设计、优化、制造的个性化方案。 方法 基 于患者 CBCT 和口腔扫描数据信息,首先进行植入体优化设计;采用有限元分析方法对植入体的结构迭代优化与材 料选择。 模拟植入体在口腔内的受力情况,得到植入体所受应力大小、传导方向与分布,据此对植入体结构进行优 化。 比较同种构型植入体在钛合金、钽金属、聚醚醚酮( polyetheretherketone, PEEK)3 种不同材料下的最大等效应 力、颌骨最大等效应力和钛钉总位移,确定植入体的打印材料。 采用 3D 打印技术打印植入体,临床进行面部重塑 和咬合重建。 结果 经过结构迭代优化得出植入体的最佳构型,并确定选择钛合金材料。 将 3D 打印植入体应用 于临床,完成了咬合重建。 结论 本研究描述的个性化方案具备临床可行性,适用于不同分类的上颌骨缺损病例。 设计出的植入体尺寸精确、力学性能良好,不仅能恢复患者的颌面部外形,还满足了临床对颌骨缺损修复后咬合重 建的需求。

    • 正压通气下呼吸道气阻与顺应性在线测算方法改进

      2022, 37(6):1114-1118.

      摘要 (68) HTML (0) PDF 2.40 M (487) 评论 (0) 收藏

      摘要::目的 采用气道正压对患者进行通气治疗,实现对通气患者呼吸道气阻(resistance, R)和顺应性(compliance, C)在线测算。 方法 当呼气末气流为 0 时,在呼气支持压(expiratory positive airway pressure, EPAP)之上叠加 1 个负 脉冲气压,使肺内气压在该脉冲期间高于体外气压,从而向外泄放气流,并对该泄放气流进行处理来测算 R 和 C。 然 后以正常成人、典型急性呼吸窘迫综合征( acute respiratory distress syndrome, ARDS) 患者和慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者为实验对象,建立仿真实验平台,进行仿真实验来测算 R 和 C。 结 果 所测算的正常成人 R 和 C 误差分别为 3. 398% 和-3. 288% ,COPD 患者 R 和 C 误差分别为 1. 265% 和-1. 348% , ARDS 患者 R 和 C 误差分别为 3. 400% 和-3. 286% 。 结论 气道正压通气下,采用呼气末叠加 1 个负脉冲气压在 EPAP 上来测算 R 和 C 的方法具有良好的可行性,研究结果为智能调控通气、精准通气等技术打下坚实基础。

    • 基于数据驱动的冠状动脉微循环阻力快速计算方法

      2022, 37(6):1119-1126.

      摘要 (196) HTML (0) PDF 4.69 M (559) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 开发一种基于数据驱动的冠状动脉微循环阻力快速计算方法。 方法 构建和优化神经网络对冠状动 脉进行截面积特征提取,利用截面积特征、异速标度律和流量分配比例快速计算冠状动脉分支末端的微循环阻力, 并基于微循环阻力无创计算血流储备分数。 结果 为了验证神经网络的有效性,将 40 个临床收集的冠状动脉分 支测量的截面积特征与神经网络预测的结果进行比较,平均绝对误差为 1. 08 mm2 。 为了验证微循环阻力值的准确 性,将 15 位患者的临床血流储备分数与利用微循环阻力值计算的血流储备分数进行比较,计算准确性为 86. 6% 。 结论 本文提出的冠状动脉微循环阻力快速计算方法具有潜在的临床应用价值。

    • 腹压和子宫重量对子宫韧带影响的有限元仿真研究

      2022, 37(6):1127-1132.

      摘要 (61) HTML (0) PDF 4.53 M (478) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 应用有限元法分析不同子宫载荷(腹压和子宫重量)时子宫韧带的应力分布和变形情况,获得各韧带 对子宫载荷变化的敏感度。 方法 建立后位子宫及其附属韧带的三维模型并导入 ABAQUS 软件,设置载荷和约 束,并计算子宫韧带的应力和变形。 结果 腹压和子宫重量单独或同时变化会引起子宫韧带的拉伸变形,变形和 应力随载荷的增加而增大,且主要分布于各韧带中下段或与子宫的连接处,最大应力和最大位移集中于各韧带与 子宫或盆壁的连接处,并且子宫重量比腹压对各韧带的影响程度大。 腹压单独或与子宫重量同时变化时,各韧带 所受应力及对载荷变化的敏感度从大到小依次是骶、阔、主、圆韧带,子宫重量单独变化时排序从大到小依次是骶、 主、圆、阔韧带,而各韧带变形及对载荷变化的敏感度排序保持不变,且从大到小依次是阔、圆、骶、主韧带。 结论 通过有限元分析研究各子宫韧带对子宫载荷变化的敏感度,研究结果与临床资料相符,可为临床手术方案优化和 发病机制探索提供指导。

    • 胆囊三维建模与运动功能分析

      2022, 37(6):1133-1137.

      摘要 (52) HTML (0) PDF 2.54 M (454) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 考虑在健康和病理情况下的胆囊特性,研究胆囊壁生物力学和胆汁流体力学特性,以及胆囊运动功能 与胆结石成因的关系。 方法 利用 CT 影像数据构建胆囊三维结构模型,建立有限元模型模拟胆囊运动和胆汁流 动过程,分析不同的流固耦合条件下胆囊的运动模式以及对胆结石形成的影响。 结果 在相同边界条件下,结石 性胆汁流速(1. 1 cm/ s)比正常胆汁流速(2. 3 cm/ s)低;胆囊运动功能异常与否不会改变胆汁的流型,而胆汁成分 改变使得流型更加曲折。 运动功能较弱的胆囊整体所受最大应力为 1. 079 kPa、最大形变为 0. 931 mm,均远小于健 康胆囊相对应的最大应力(4. 318 kPa)和最大形变(3. 725 mm)。 在受力方面,胆汁成分异常并未对胆囊造成太大 影响。 结论 胆囊运动功能和生物力学特性密切相关。 胆囊受损或衰退后,其收缩量会大幅减少,胆汁流动不畅, 更易导致结石产生。 胆囊的三维模型和运动功能分析可为胆结石手术治疗提供必要的理论基础和技术手段。

    • 基于有限元模型分析不同蹬冰角度足踝部应力分布差异

      2022, 37(6):1138-1144.

      摘要 (371) HTML (0) PDF 3.15 M (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 模拟仿真不同蹬冰角度足踝部的应力,通过优化分析得到合理的蹬冰角度与足踝部应力的定量关系。 方法 建立冰球鞋-足踝耦合有限元模型,三维拍摄获取冰球运动员的运动学参数进行模型验证与约束,计算对比 分析不同角度蹬冰动作的足踝部应力,构建多目标优化函数模型。 结果 在相同蹬冰角度下,胫腓骨应力最大,距 下关节应力次之,第 1 跖趾关节应力较小,足底筋膜应力最小。 随着蹬冰角度的减小,足踝部应力单调递增,胫腓 骨和足底筋膜应力变化幅度大,距下关节和第 1 跖趾关节应力变化幅度较小。 结论 在冰球运动启动阶段蹬冰过 程中,蹬冰角度与足踝不同部位应力呈反比例关系。 最佳蹬冰角度取决于对滑冰速度的期待值,如果给定速度与 应力承受之间的偏好系数,可通过优化方法计算出最优蹬冰角度。

    • 不稳定支撑面训练对慢性卒中患者平衡和步态的影响

      2022, 37(6):1145-1150.

      摘要 (487) HTML (0) PDF 1.47 M (445) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨不稳定支撑面(unstable support surface, USS)训练对慢性脑卒中患者平衡、步态和下肢运动功能 的影响。 方法 将 20 名卒中患者分为两组,对照组(n = 10)在常规治疗基础上进行 12 周常规康复训练,实验组 (n = 10)在常规治疗的基础上进行 12 周平衡板训练。 使用 BBS 量表、Fugl-Meyer 下肢功能量表、10 m 步行速度测 试(10 MWT)、6 min 步行距离测试(6 MWD)评估患者干预前后动态平衡、步行和下肢运动功能;利用 NeuroCom Balance Manager 系统、Qualisys 三维动作捕捉与分析系统和 Kistler 三维测力台测量患者干预前后静态平衡和运动 学、动力学步态数据。 结果 干预后,两组之间及实验组组间 BBS 评分、Fugl-Meyer 评分、6 MWD 评分结果差异具 有统计学意义(P<0. 05),实验组组间 10 MWT 评分具有统计学意义(P<0. 05)。 干预后,两组之间及实验组组间两 侧负重/ 下蹲在 90°和 60°时差异具有统计学意义(P<0. 05),实验组组间负重/ 下蹲在 30°和 0°时差异具有统计学 意义(P<0. 05)。 干预后,两组组间压力中心对称性和髋关节对称性差异具有统计学意义(P<0. 05),膝、踝关节对 称性差异无统计学意义(P>0. 05)。 结论 利用 NeuroCom Balance Manager 系统的平衡板进行 USS 训练能有效改 善脑卒中患者平衡、步态和下肢运动功能。

    • 基于深度神经网络和逐层相关性传播技术探究“高-低”里程跑者步态模式差异

      2022, 37(6):1151-1157.

      摘要 (96) HTML (0) PDF 2.56 M (390) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过深度神经网络(deep neural network, DNN)分类模型揭示高里程跑者( high-mileage runner, HMR) 和低里程跑者 ( low-mileage runner, LMR) 跑 步 步 态 模 式 差 异, 并 探 讨 逐 层 相 关 性 传 播 ( layer-wise relevance propagation, LRP)技术解释 DNN 分类器模型的决策有效性。 方法 通过 DNN 对 HMR 和 LMR 总计 1 200 组跑步 步态特征数据进行训练分类识别,采用 LRP 计算相关变量在不同步态阶段的相关性得分( relevance score, RS),提 取高相关变量对步态模式差异进行解释性分析。 结果 DNN 对 HMR 和 LMR 的跑步步态模式特征分类精度达到 91. 25% 。 LRP 计算结果显示支撑前期(1% ~ 47% )各变量的成功分类贡献率高于支撑后期(48% ~ 100% )。 踝关节 相关轨迹变量 RS 的贡献率总和达到 43. 10% ,膝、髋关节贡献率分别为 37. 07% 、19. 83% 。 结论 膝、踝关节相关 生物力学参数对识别 HMR 和 LMR 步态特征的贡献程度最高。 跑步支撑早期可能包含更多步态模式信息,能够提 升步态模式识别的有效性和敏感性。 LRP 实现了对模型预测结果的可行性解释,从而为分析步态模式提供了更有 趣的见解和更有效的信息。

    • 基于统计参数映射分析跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷的影响

      2022, 37(6):1158-1164.

      摘要 (135) HTML (0) PDF 3.43 M (619) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨在相同跑速下穿着不同落差跑鞋对下肢关节负荷的影响,为跑鞋设计和跑步者选购跑鞋提供依 据。 方法 18 名男性跑步者分别穿着零落差和 10 mm 落差跑鞋以(4. 0±0. 2) m/ s 速度完成测试,使用红外高速运 动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢运动学参数和地面反作用力( ground reaction force, GRF)。 使用统计参数 映射法(statistical parameter mapping,SPM)分析跑鞋跟掌落差对支撑期垂直 GRF、下肢关节三维力矩的影响。 结 果 跑鞋跟掌落差对垂直 GRF 无影响,对下肢关节部分力矩-时间序列影响显著。 与穿着零落差跑鞋相比,穿着 10 mm 落差跑鞋在 27% ~ 38% 支撑期髋关节内旋力矩增加,在 47% ~ 75% 支撑期膝关节伸展力矩增加,在 16% ~ 33% 、25% ~ 30% 、12% ~ 25% 支撑期踝关节跖屈力矩、外翻力矩和外旋力矩降低。 结论 与穿着零落差跑鞋相比,穿 着 10 mm 落差跑鞋在支撑前期髋关节负荷增加,踝关节负荷降低,在支撑中期膝关节负荷增加。 建议跑步者结合 自身特点及跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷特征的影响,选择适合自己的跑鞋。

    • 行走支撑期足弓变化规律与足功能转换机制

      2022, 37(6):1165-1170.

      摘要 (116) HTML (0) PDF 1.39 M (487) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过分析行走步态参数和足弓力学结构,探究行走支撑期足弓功能的转化机制及变化规律。 方法 利用动作捕捉系统及足底压力测试系统同步采集 8 名受试者不同步速行走时的步态参数及横、纵弓角度。 使用单 因素重复测量方差分析检验不同步速下足横、纵弓角度变化及足底受力的特征值差异。 结果 行走支撑期,纵弓 角度、横弓角度及足底受力曲线均存在两个特征值,3 条曲线特征值在 4 种步速下存在一致性规律。 1. 4 倍和 1. 2 倍最适速度行走时,蹬伸离地阶段时长显著性高于 0. 8 倍最适速度(P<0. 05),横弓升高的拐点和第 1 个受力 峰值出现时间早于 0. 8 倍最适步速(P<0. 05);1. 4 倍最适步速相比于 0. 8 倍最适速度横弓在蹬伸离地阶段的最小 角度显著性增加(P<0. 05),最小角度出现的时间显著性提前(P<0. 05);1. 2 倍最适速度步行时,纵弓第 2 个峰值 出现的位置相比于最适速度提前(P<0. 05)。 结论 行走支撑期,足以纵弓、横弓升降实现功能转化。 足纵弓和足 横弓共同降低完成缓冲,纵弓降低、横弓升高使足增加刚性完成蹬伸。 在执行蹬伸推进功能时,步速增加会加大蹬 伸离地阶段在步态支撑期的时间占比,足横弓和纵弓的变化随蹬伸期提前。 探究足弓变化及足功能转化机制对了 解足部运动规律及足踝康复具有重要的指导意义。

    • >综述
    • 小梁网弹性变化与青光眼发病的关系

      2022, 37(6):1171-1176.

      摘要 (72) HTML (0) PDF 980.45 K (494) 评论 (0) 收藏

      摘要:青光眼是一种以眼内压异常升高为主要危险因素的致盲性眼病,小梁网组织作为房水流出的主要通道,对于 调节眼内压十分重要。 研究表明,青光眼患者小梁网组织弹性较正常人小梁网组织明显升高,眼内压升高可能与 小梁网弹性增加之间存在关联。 本文在简要叙述小梁网细胞特性的基础上,着重对小梁网组织弹性与青光眼的关 系、细胞外基质弹性对小梁网细胞的影响进行综述,为研究青光眼的发病机制以及预防和治疗提供参考。

    • Plectin 与癌细胞迁移

      2022, 37(6):1177-1182.

      摘要 (92) HTML (0) PDF 2.04 M (597) 评论 (0) 收藏

      摘要:细胞迁移是细胞的一项基本生理活动,不仅在血管重建、炎症反应、组织发育、伤口愈合等方面发挥重要作 用,还与癌细胞的侵袭转移有关。 plectin(499~ 533 kDa)是在多种组织和细胞中广泛表达的一种大分子骨架蛋白, 具有重要的生物学功能,参与细胞的多种生理病理过程。 plectin 可以通过调控细胞骨架影响迁移,也可以通过相 关信号分子通路影响迁移。 本文主要综述 plectin 在癌细胞迁移中的作用及其相关分子机制研究进展,为深入认识 和研究 plectin 与癌细胞迁移的关系及其靶向干预提供理论参考。

    • 气道支架力学设计与数值模拟研究进展

      2022, 37(6):1183-1188.

      摘要 (450) HTML (0) PDF 2.91 M (546) 评论 (0) 收藏

      摘要:气道狭窄是一种先天性或由感染、肿瘤、外伤、结核等疾病引起的临床常见疾病,国内常见的病因有气管支气 管结核、良性或恶性肿瘤等,植入气道支架已经成为介入治疗气道狭窄的主要方式。 气道支架由硅酮支架到激光 雕刻、编织支架,其材料与构型一直在不断更替改进。 气道支架植入后仍然存在支架发生移位、气管出现肉芽肿、 再狭窄等问题未解决,这些问题往往与支架植入后对气管组织整体产生的力学作用相关。 本文总结归纳气道支架 的力学性能以及支架与气管的典型数值模拟研究。 力学性能包括支架的径向力、扭结阻力与屈服应力,其常受支 架材质、构型设计、制作工艺等综合影响;而数值模拟方法能高效地对支架研发提供技术支持,为支架材料选取、设 计改进与制造工作提供参考。

    • 《医用生物力学》2022年第37卷总目次

      2022, 37(6):1190-1196.

      摘要 (82) HTML (0) PDF 538.80 K (539) 评论 (0) 收藏

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