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摘要:运动生物力学是研究人体运动力学规律的多学科交叉的应用学科，在竞技体育科学研究和科技保障中起到关键作用。本文在回顾竞技体育生物力学研究方法基础上，重点阐述2023年竞技体育生物力学在提高运动成绩、预防运动损伤和研发运动装备3个领域的研究进展，以期为进一步促进运动生物力学在竞技体育的发展研究提供新思路。

摘要:本文梳理了巴黎奥运周期内竞技游泳运动生物力学研究的最新进展，通过分析运动生物力学在竞技游泳中的应用，旨在揭示运动表现提升与损伤预防的关键因素，主要涵盖技术分析与优化、研究方法与设备、表现评估与强化，以及损伤预防与康复4个方面。巴黎奥运周期竞技游泳运动生物力学相关研究体现了运动生物力学在优化游泳技术动作、评估运动表现和预防运动损伤中具有重要作用。特别是最新的数据采集和分析设备，如高精度传感器、人工智能与深度学习技术的发展，使得对游泳技术的分析更加全面和精确。未来的研究应进一步结合多维度数据整合技术，通过高精度运动捕捉、流体力学测量及智能分析，深层次探索游泳技术的优化路径。

摘要:目的 利用有限元方法进行击球过程模拟研究，并探究鞋面硬度对足部受力和球运动的影响。方法 建立骨骼、软组织、足球鞋和球的实体模型，借助红外高速运动捕捉系统测试足背内侧击球时的运动学参数，将足速度和足、球之间的位姿关系加载到有限元模型中，从而完成击球模拟。结果 不同的鞋面硬度对球的旋转速度产生影响，而对球的平动速度几乎无影响。鞋面硬度增加导致足背压力逐渐上升并趋于稳定，最大压力差异为200 N。第1跖骨、第5跖骨应力分别升高了40.07%、16.2%，第3跖骨、第4跖骨应力分别下降了22.96%、4.64%。结论 不同的鞋面硬度对球运动状态具有显著影响。相较于硬度较高的鞋面材料，硬度较低的鞋面材料能够有效减少足背压力，也有助于减少对骨骼应力的影响，从而降低长期穿着可能导致的损伤风险。

摘要:目的 研究影响棒球击球机械能的下肢生物力学因素。方法 利用动作捕捉系统采集C3D数据，导入Visual 3D建立Hanavan多刚体人体模型和球棒的刚体模型，通过编制pipeline命令，计算并导出髋/膝/踝关节、躯干绕X、Y、Z轴旋转的角速度和关节力矩，使用SPSS对自变量和因变量之间逐步进行多元线性回归分析，将因子与因变量带入回归模型。结果 对球棒机械能影响最大的前4个自变量依次为：x19右踝关节跖屈/背伸力矩，β=91.97；x2左踝关节内翻/外翻力矩，β=91.74；x25右髋关节屈髋/伸髋力矩，β=91.58；x3左踝关节内旋/外旋力矩，β=91.50。结论 右髋关节屈髋/伸髋力矩与球棒机械功存在密切联系，击球者通过右髋关节的伸髋力矩产生使躯干和骨盆旋转，并实现能量向上肢的传导；左踝关节内收和外展力矩与球棒机械功存在密切联系，可用于击球早期的身体制动和击球晚期的身体旋转；针对左踝关节内收肌、右髋关节伸肌，有必要对右踝关节跖屈肌进行专项力量训练，以增强击球力量。

摘要:目的 分析梯度流体剪应力（fluid shear stress, FSS）流场中细胞膜张力分布。方法 构建梯度平板流动腔模型，采用流固耦合数值模拟方法，研究不同FSS梯度和幅值、不同静水压下细胞膜的膜张力分布。结果 当流动腔入口流量增大时，FSS流场梯度呈正比例增大。梯度FSS流场下，细胞膜张力由贴壁侧向顶部呈先减小后增大的趋势。在正常人体血压下，静水压越大，细胞膜张力越大。当FSS幅值一定时，增加FSS梯度，细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大；当FSS梯度一定时，增加FSS幅值，细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大。结论 梯度FSS流场会引起细胞膜张力的局部差异，其可能是破骨前体细胞在梯度流场中定向迁移的重要原因。

摘要:目的 探讨废用条件引起的骨陷窝-小管系统（lacunar-canalicular system, LCS）结构改变对力学刺激作用下骨细胞流体动力学微环境的影响。方法 首先，以轴向加载的小鼠胫骨为对象，建立“整骨-单个骨细胞LCS”多尺度模型。然后，将整骨多孔弹性有限元模型计算得到的压力梯度等结果作为单个骨细胞LCS模型的边界条件，以计算骨细胞周围的流速和剪切应力。最后，采用实验设计（design of experiment, DOE）方法确定LCS结构参数（陷窝体积、陷窝形状与小管直径）对LCS内骨细胞流体动力学微环境的独立及交互影响。结果 当陷窝体积、陷窝形状与小管直径分别从正常变为废用条件时，流速分别增加了5.3%、39.3%和37.0%。DOE结果显示，陷窝形状与小管直径对流速和剪切应力具有显著影响（P＜0.05），且贡献比为0.38︰0.62，而陷窝体积以及各参数交互作用影响不显著。结论 废用条件致陷窝形状和小管直径的改变是影响力学刺激作用下LCS内骨细胞流体动力学微环境的主要因素。通过合理的运动方式有望防治太空失重等带来的废用性骨丢失。

摘要:目的 研究正常活动和剧烈运动下胰岛素治疗对2型糖尿病大鼠股骨远端松质骨中固体受力和流体流动特性、骨髓间充质干细胞（bone marrow stromal cells, BMSCs）分化的影响。方法 基于Micro-CT扫描图像构建正常活动和剧烈运动下4周和8周胰岛素治疗实验的对照组、糖尿病组、治疗组和安慰剂组大鼠股骨远端松质骨和流体的有限元模型，并利用流固耦合数值模拟方法，分析各组模型的力学参数和细胞分化参数；并对力学参数、细胞分化参数与形态学参数进行相关性分析。结果 正常活动和剧烈运动下，胰岛素治疗改善了2型糖尿病大鼠的固体和流体力学参数、BMSCs分化参数。对于4周实验，正常活动与剧烈运动下胰岛素治疗分别使2型糖尿病大鼠的骨分化面积从64.024%增加至69.372%，以及从73.225%增加至75.336%；对于8周实验，正常活动与剧烈运动下胰岛素治疗分别使2型糖尿病大鼠的骨分化面积从67.239%增加至72.910%，以及从76.147%增加至78.291%。形态学参数中的BV/TV、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp、SMI与骨、软骨分化面积均具有显著相关性（P<0.05）。结论 剧烈运动下8周胰岛素治疗组松质骨表面的BMSCs更容易分化形成骨组织。研究结果对进一步理解正常活动和剧烈运动下胰岛素对骨的影响具有重要意义，并为临床上治疗2型糖尿病时胰岛素治疗周期和运动方式的选择提供理论指导。

摘要:目的 探讨模拟微重力环境下miR-194-3p调控成骨细胞功能变化的作用，为极端力学环境下成骨细胞的力学响应机制提供理论基础。方法 细胞旋转培养系统建立细胞水平微重力环境，分别采用MTT、RT-PCR、Western blot、荧光双染色法和茜素红染色法检测转染miR-194-3p抑制剂前后MC3T3-E1成骨细胞增殖、分化、凋亡和矿化的变化情况。结果 模拟微重力环境下miR-194-3p表达上调，成骨细胞的增殖、分化和矿化均受到一定程度的抑制，同时促进了成骨细胞的凋亡。转染miR-194-3p抑制剂后，miR-194-3p表达显著下调，且能部分逆转由微重力导致的细胞成骨细胞增殖减弱、成骨分化标志物如ALP、OCN和COL-I基因和蛋白表达降低、骨矿化结节减少和成骨细胞凋亡数目增加的情况，说明miR-194-3p能有效改善微重力暴露下成骨细胞功能异常的情况。 结论 模拟微重力环境下，miR-194-3p可能作为一种负调控因子，通过调控成骨细胞功能参与其力学响应的进程。

摘要:目的 预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率，并探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系。方法 依托前期实验数据，结合皮质骨断裂模拟数值方法，对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式，反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率。结果 经预测得到1、3、5、7、9、11、15月龄大鼠股骨皮质骨微观能量释放率分别处于0.08~0.12、0.12~0.14、0.15~0.19、0.25~0.28、0.23~0.25、0.19~0.22、0.13~0.16 N/mm。结论 微观能量释放率随月龄增长而下降导致失效载荷降低，说明微观能量释放率是决定骨折发生的主要因素之一，但断裂时刻却未观察到明显下降，说明微观能量释放率与结构断裂时刻未成线性正比关系。研究结果能够从临床层面协助解释皮质骨的骨折发生机制。

摘要:目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换（unicompartmental knee arthroplasty, UKA）骨-假体固定界面的生物力学影响。方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型，以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件，对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异。结果 在膝关节内侧最大受力时刻，相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动；大龙骨型分别减小8%和15.9%、增大9.9%；小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%；三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%；三直立柱型分别减小7.7%、14.7%、1.6%。而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期21%时刻，相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动，大龙骨型增大1.2%，小龙骨型增大1.6%，三斜立柱型减小0.4%，三直立柱型减小2.3%。结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果，建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计，从而有效地平衡应力传递和界面微动，在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险。

摘要:目的 分析塑形对接骨板弯曲强度、不同锁钉分布情况对接骨板受力的影响，为临床上对接骨板进行塑形与选择不同的锁钉分布方式提供生物力学依据。方法 根据YY/T 0342—2020标准对接骨板四点弯曲强度进行有限元仿真分析，并应用理论分析及有限元仿真方法对不同锁钉分布的假体模型进行受力分析。结果 在30°折弯时，3.7 mm厚接接骨板比2.7 mm厚接骨板的等效塑性应变高28%，3.7、2.7 mm厚接骨板的极限折弯角度分别为55°、67°。折痕对接骨板受力影响较小，未塑形结构四点弯曲强度为2.64 N?m，等效弯曲刚度为1.12 N?m2；带折痕四点弯曲强度为2.63 N?m，等效弯曲刚度为1.10 N?m2；正反折弯后接骨板四点弯曲强度由2.64 N?m降低至2.45 N?m，降低约7.72%，等效弯曲刚度由1.12 N?m2降低至0.98 N?m2，降低了12%，影响较为明显。植入填塞螺钉后单孔接骨板四点弯曲强度改善较为明显，由2.64 N?m提升至3.15 N?m，提升约19.32%，等效弯曲刚度由1.12 N?m2提升至1.14 N?m2，提升幅度为2.1%。骨折线两侧至少各留出两个锁定孔不植入锁钉比打满锁钉应力降低约50%。在未形成骨痂的情况下，术后16周下地行走，TC4材质应力达到852.7 MPa，出现屈服。结论 在需要进行较大塑形的临床场景下，不适合厚度过大的接骨板，厚度大塑形后更易出现接骨板断裂问题，可指导临床基于塑形角度选择合适厚度接骨板，极端情况可选择植入填塞螺钉。建议临床固定锁钉时，避免打满螺钉的固定锁钉方式；骨折线两端各保留两个锁定孔不固定锁钉，生物力学效果最好。

摘要:目的 研究不同构型克氏针治疗儿童SH-2型骨骺损伤的稳定性差异以及对骺板的损伤情况。方法 利用1名8岁患儿健侧股骨CT数据，将图像数据导入Mimics 21.0中建立粗略股骨、骨骺模型，后导入Geomagic 2013中构建得到曲面化模型。将上述模型在SolidWorks 2018中与3种克氏针构型（分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针）完成装配后导入ANSYS Workbench 2019中，通过对装配体的不同力学加载模拟现实中的多种运动模式，分析骨折块的最大位移以及克氏针、骺板、骨折块von Mises应力分布及最大应力。结果 分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针组的最大位移分别发生外展（2.39 mm）、内收（2.12 mm）、外展（2.21 mm）运动时，骺板最大应力分别发生在外展（1.22 MPa）、前屈（0.20 MPa）、后伸（0.29 MPa）运动时。结论 双交叉克氏构型针的稳定性优于分散布针及单交叉克氏针，并且对骨骺损伤最小。

摘要:目的 建立一种用于髋臼周围截骨（periacetabular osteotomy, PAO）手术的骨刀变形预测模型，快速且精准地预测骨刀变形。方法 建立包含皮质骨和松质骨的骨盆-骨刀有限元数值模型，分析节点应变与形变之间的相关性，并优选综合相关性最强的5个节点的应变作为输入，选择刀刃部分节点的位移增量作为输出。通过数据集训练模型后，采用基于有限元数据集的深度学习神经网络回归模型，建立骨刀应变-形变预测模型。在模型预测完成后，利用双目视觉定位系统确定截骨手术过程中骨刀的空间精确位置，以此对骨刀进行术中跟踪。结果 预测模型的R2为0.987 81，骨刀离散成节点后的平均变形误差为0.07 mm。该预测模型能够快速且精确地获取骨刀变形，在降低PAO手术事故方面显示出巨大的潜力。结论 建立的骨刀变形预测模型可通过骨刀的应变信息快速预测骨刀的变形，从而避免伤及组织周围神经和血管等组织，降低PAO术中难度和风险，并为临床应用提供理论支撑。

摘要:目的 探究膝骨关节炎（knee osteoarthritis, KOA）患者进行全膝关节置换术前后本体感觉的变化。方法 选择34名KOA患者作为实验组，术后根据手术方式分为后交叉韧带保留型全膝关节置换术（CR-TKA）组和后稳固型全膝关节置换术（PS-TKA）组，并对患者进行3个月术后随访，同时纳入20名健康受试者作为对照组。采用Biodex System Ⅲ多关节等速测试系统、自行设计的施力装置、无线表面肌电测试系统采集健康受试者以及患者手术前后的本体感觉（位置觉、运动觉和力觉）数据，并对数据进行处理和分析。结果 与健康受试者相比，KOA患者患侧和对侧膝关节30°、45°和60°位置觉、运动觉、半腱肌力觉显著变差（P<0.05）；术后3个月，CR-TKA组患者患侧股二头肌力觉和对侧半腱肌力觉与健康受试者均存在显著差异（P<0.05）；对CR-TKA组和PS-TKA组患者患侧和对侧的位置觉、运动觉、力觉术后3个月与术前的差值做组间比较，均无统计学差异（P>0.05）。结论 KOA患者膝关节本体感觉较健康受试者明显减退。术后3个月，CR-TKA和PS-TKA两组患者本体感觉未见明显改善。不同手术方式对本体感觉的影响没有差异。研究结果可以为医生的临床诊疗提供一定数据支持，以及为后续的康复方案确定一个方向。

摘要:目的 探究单间室膝关节置换术（unicompartmental knee arthroplasty，UKA）与全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）对膝骨关节炎术后的临床疗效。方法 随机招募TKA患者21例、UKA患者15例。分别在术前以及术后6、12个月进行生物力学测试。采用Vicon红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集受试者楼梯行走的运动学和动力学数据。结果 在上楼梯时，TKA组受试者术前膝屈曲力矩峰值显著低于UKA组，术后6个月到达膝屈曲/内收力矩峰值时间、膝屈曲力矩冲量及膝内收力矩峰值负载率显著小于UKA组。在下楼梯时，UKA组术前和术后6个月伸膝功率峰值显著较小，垂直地面反作用力峰值负载率术前显著较大，膝伸展力矩峰值术后6个月显著较大；在术后12个月，楼梯行走的生物力学特征未出现明显的差异性。结论 TKA组和UKA组在手术后表现出相似的膝关节功能，但TKA组可能采取不同于UKA组的下肢生物力学模式。在楼梯行走时，UKA组术后表现出更好的股四头肌控制能力，提高了楼梯行走尤其是下楼梯的姿势控制能力，而TKA组则采取保守的楼梯步态策略以降低楼梯行走的膝关节负荷。相比于力矩峰值，到达力矩峰值的时间及力矩峰值负载率是发现膝关节负荷差异性更灵敏的指标。

摘要:目的 探讨6周肌肉电刺激联合肌力训练对髌股关节痛（patellofemoral pain，PFP）患者膝关节生物力学特征的影响。方法 招募46名PFP患者，随机分为肌力训练组（muscle strength training，MST）和肌肉电刺激联合肌力训练组（electrical muscle stimulation，EMS），进行为期6周、每周3次的干预。通过膝前痛量表（anterior knee pain scale，AKPS）测试患者膝痛程度，通过红外动作捕捉系统、测力台以及表面肌电测试仪采集受试者干预前后落地起跳动作中膝关节运动学、动力学以及表面肌电数据，采用2×2混合设计方差分析确定两组干预前后各因变量之间的差异。结果 与干预前相比，EMS组AKPS评分、股内侧肌激活程度、股内外侧肌肌肉激活比值、膝屈曲最大角度和伸膝力矩峰值在干预后均显著增加，膝最大外展、外旋角度和力矩在干预后显著降低；MST组AKPS评分、膝屈曲最大角度和伸膝力矩峰值在干预后均显著增加，膝最大外展、外旋力矩在干预后显著降低；干预后组间比较发现，EMS组AKPS得分、股内侧肌激活程度和股内外侧肌肌肉激活比值均显著高于MST组，且膝外展最大角度显著低于MST组。结论 肌肉电刺激联合肌力训练有助于更好地平衡股内外侧肌肌肉激活，纠正跳跃落地动作时膝关节产生过大的外展角度，进而可能更有助于改善PFP患者的疼痛及下肢功能。

摘要:目的 研究双叶机械瓣膜（bileaflet mechanical heart valve，BMHV）不同植入角度对升主动脉旋动流的影响。方法 基于1位健康自愿者主动脉CT图像，采用计算机数值模拟方法，在定常流条件下，比较研究4种不同瓣膜植入角度（0°、45°、90°和135°）对主动脉旋动流的影响。结果 BMHV植入会严重干扰主动脉内的旋动流，影响升主动脉处的旋动流结构和旋动流强度分布，在瓣膜下游出现扰流区。135°植入角度对旋动流的破坏最大，产生逆向旋动区域最多；0°和45°角植入对旋动流破坏相对较小。植入角为0°时主动脉低壁面剪切应力（<0.5 Pa）所覆盖面积最小。结论 植入角度为0°~45°时，BMHV对升主动脉内旋动流破坏相对较小。因此，对不同患者而言，应根据其主动脉（包括主动脉窦）的空间几何构型进行个性化选择，植入角度可在0°~45°之间确定。

摘要:目的 阐释运用直筒型人工血管行保留主动脉瓣膜的主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术对新生主动脉根部生物力学的影响。方法 采用CTA影像重建5例主动脉根部有限元模型，包括2例主动脉根部改良重塑术（A1、A2），2例佛罗里达袖套术（B1、B2）和1例无主动脉根部病变的对照组（C）。通过数值模拟获得血流和压力分布结果，评估主动脉根部的血流动力学差异。结果 两种术式的患者和对照组收缩峰值的最大流速之间没有显著差异，但主动脉根部改良重塑术后的流速较为平缓，与对照组模型相近，而其主动脉内平均压力和壁面切应力趋于稳定。佛罗里达袖套术中，存在高速血流冲击血管壁，沿主动脉壁出现不同程度的壁面切应力和压力集中现象。结论 保留瓣膜的主动脉根部手术后，新生主动脉根部的血流模式依赖于术后窦部几何形状的变化。观察到两种术式的血流状态均表现良好，但主动脉根部改良重塑术血流模式较佛罗里达袖套术更稳定。

摘要:目的 研究带有囊形瘤体的颈动脉血管在血液周期性流动过程中的力学特性和瘤体变化，探究囊形瘤体发展的具体机制以及瘤体对血液流动的影响。方法 采用双向流固耦合方法对颈动脉血管内囊形瘤体和血液之间的相互作用进行有限元数值仿真研究。分析血管的形变、关键区域的血液速度和力学特性以及瘤体对血管的影响过程。结果 在瘤体与血管的交界线上，瘤体呈现较大的形变，瘤体壁面压力低。瘤体对侧血管壁和血管分叉周围的三角区域壁面压力高，易于发生拉伸或破裂。瘤体内部血液速度明显低于正常血管，形成的漩涡使瘤体内部空间未能被充分利用。瘤体在脉动周期内所受的壁面剪切力一直较小，容易导致杂质沉积形成粥样硬化斑块。结论 囊形瘤体会干扰血管内血液正常流动；囊形瘤体会促进镜像瘤体产生。研究结果为囊形瘤体的治疗和预防提供理论参考。通过了解囊形瘤体的力学特性和对血管的影响，医生可以更好地制定个性化的治疗方案，提高治疗效果。

摘要:目的 借助多普勒超声测量颈动脉和椎动脉的流速波形以及神经网络构建模型，对脑缺血状态进行无创评估。方法 采集已经完善CT灌注（computed tomography perfusion，CTP）及多普勒超声患者的临床数据，通过超声图像采集血流动力学参数，将获得的数据通过神经网络进行训练，最后将结果与CTP进行验证。结果 一共收集了62例符合纳排标准的患者数据，将其随机分为训练集44例和测试集18例。在训练集中，受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线下面积（area under curve， AUC）、准确率、敏感度、特异度分别为0.95、0.833、0.923、0.886。在测试集中，ROC的AUC、准确率、敏感度、特异度分别为0.860、0.889、0.714、1.000。结论 基于多普勒超声及神经网络的模型经过临床验证，对于脑缺血评估的准确性较好，具有早期筛查脑缺血的潜在临床价值。

摘要:目的 借助体外循环实验系统的可控参数优势考察血流参数变化对脉率特性的影响。方法 建立一套搭载腕部体外模型的人体循环系统，通过分别改变心率、腕部流量、压力和系统顺应性等参数，从腕部模型中获取光电容积脉搏波信号，并提取脉率变异性的时域和频域指标。结果 心率、压力和系统顺应性的改变会引起脉博波形状的改变，但能够表明脉率变异性的时域指标NN50、PNN50数值为0，其他指标以及频域指标都处在极低值范畴。结论 在未有心率变异性时，心率、腕部流量、血压和系统顺应性等血流动力学变化未产生明显的脉率变异性。本研究可为临床在更便利的腕部采集设备加持下开展更多脉率变异性和心率变异性研究提供参考。

摘要:目的 研究种植体周围骨结构在冲击力作用下的动态力学响应和损伤特征。方法 建立种植体周围骨微观结构的有限元模型，对刚体施加初始速度模拟冲击加载，采用应力失效准则，编写用户材料子程序对模型进行失效判断，分析冲击力作用下骨结构的应力变化及损伤状况。结果 冲击力作用后，皮质骨应力迅速达到峰值（16.01 MPa），而种植体底端骨小梁应力值在冲击后0.1 μs达到应力峰值（5.85 MPa）；冲击作用会形成应力波在骨结构内传播，骨结构损伤随时间发生变化；冲击能量可被骨小梁通过变形而缓冲和耗散，骨小梁应力达到屈服极限后出现损伤和破坏，而皮质骨在冲击作用下未出现损伤破坏。结论 对于冲击损伤患者，应更加重视骨小梁的结构变化。本文所建数值模型能将骨的结构力学性能和自身几何特性结合，较好预测骨的冲击损伤情况。研究结果可为临床承受冲击损伤患者损伤评估和损伤后治疗提供参考。

摘要:目的 分析椭圆形根管牙根两种预备形态下，根管壁微裂纹对牙根受力的影响。方法 选择椭圆形根管的前磨牙20颗，器械扩大预备根管、制造微裂纹并染色，切片后观察牙本质微裂纹的产生及分布。据此构建两种预备形态下预制裂纹的牙根模型，评估受力时微裂纹处及牙根的应力分布。结果 椭圆形根管牙根的微裂纹总是出现在颊舌侧，由根管壁向牙根表面扩展，与有限元分析所展示的应力集中在根管壁颊舌侧的规律一致。微裂纹使根管壁的应力集中点向裂纹尖端处转移，且在尖端极小区域内出现近5倍的应力剧增，使微裂纹极易沿尖端方向扩展，尤其在牙体长轴方向。结论 微裂纹的存在不改变椭圆形根管牙根颊舌侧应力集中的特点，但微裂纹的产生使其尖端极小区域内出现剧增的应力集中，这可能是微裂纹迅速扩展为牙根纵裂的机制，临床操作需提高警惕。

摘要:目的 探讨通过运动诱发电位（motor evoked potential, MEP）和β-淀粉样前体蛋白（β-amyloid precursor protein, β-APP）免疫组化（immunohistochemistry，IHC）互相验证结合的方法，对轻度颅脑损伤下大鼠颅脑前后向-侧向碰撞损伤进行头部损伤指标（head injury criterion, HIC）等效转换研究。方法 健康成年雄性SD大鼠60只，随机分为0 m对照组、0.5 m前后向和0.5 m侧向损伤组、1 m前后向和1 m侧向损伤组（每组12只），对照组不进行打击实验。IHC组在打击致伤后和对照组一起进行过量麻醉取材，制作β-APP免疫组化染色切片，并测定切片的脑干锥体束区域内的阳性细胞面积占比和积分光密度（integral optical density, IOD）。MEP组分组和IHC组相同，在致伤后和对照组一起进行MEP 波幅检测。结果 随致伤高度的增加，致伤组MEP下降幅度、阳性细胞面积占比及IOD也明显增大。致伤高度较小时，IHC组比MEP组的灵敏度更高。损伤程度相同时，侧向HIC小于前后向。HIC相同时，侧向的损伤程度大于前后向。结论 利用MEP和β-APP联合评估可以为颅脑前后向-侧向碰撞损伤HIC等效转换研究提供实验参考。

摘要:目的 研究阴道分娩对子宫骶韧带（uterosacral ligaments，USLs）和主韧带（cardinal ligaments，CLs）生物力学性能的影响，进而探讨阴道分娩对盆腔器官脱垂（pelvic organ prolapse，POP）的影响。方法 选用成年母猪（已育母猪5头，未育母猪5头）作为动物模型，通过单轴拉伸实验测量离体母猪的USLs和CLs被动力学行为，分析分娩对USLs和CLs生物力学性能的影响。结果 猪子宫韧带组织的被动力学行为呈非线性。无论分娩与否，右骶韧带的最大应力大于左骶韧带（P<0.05）；分娩后，二者力学性能差异悬殊。未育母猪左主韧带最大应力略大于右主韧带（P<0.05）；分娩后，两者差异降低（P>0.05）。USLs最大应力均大于CLs，表明USLs比CLs承受的张力更大，USLs在POP中起到关键性作用。结论 研究结果为认识USLs和CLs力学特性提供参考，可以指导更好的治疗方法的发展，如POP手术重建，也为预防POP发生提供理论基础。

摘要:目的 探究角膜塑形镜（OK镜）不同几何设计参数对角膜生物力学影响的差异，揭示 OK镜对角膜的塑形机制。方法 建立非球面OK镜和角巩膜耦合三维有限元模型，数值分析OK镜不同近视矫正度数对应几何设计参数改变对角膜前表面轮廓和曲率分布规律、角膜前表面和角膜基质层上表面von Mises应力 （von Mises stress，VMS）和眼轴位移变化的影响。结果 角膜前表面的应力集中出现在中周区和周边区，而基质层上表面的应力集中仅出现在中周区。OK镜基弧的矢高随着近视矫正度数增加而减小，矫正度数为-2.0、-3.0、-4.0、-5.0、-6.0 D时，角膜最大VMS比-1.0 D增加0.81%、1.86%、2.84%、3.81%和7.04%，角膜中央区的曲率比未戴镜时平均减少2.59、3.78、4.51、4.99、5.33、6.41 D。结论 近视矫正度数增加使OK镜基弧的矢高减小，导致角膜中央曲率更加平坦。OK镜的基弧区对于近视矫正和控制起着十分重要的作用。

摘要:目的 采用呼气末压力短暂释放的方式，测算无创正压通气（non-invasive positive pressure ventilation, NPPV）条件下的气道阻力（R）和胸肺顺应性（C），并评估其测算精度。方法 首先，将测算方法程序移植到NPPV呼吸机的控制器，设计基于主动模拟肺ASL5000的通气实验平台。然后，模拟正常成人（R=5 cmH2O，C=50 mL/cmH2O）、急性呼吸窘迫综合征成人患者（R=10 cmH2O，C=30 mL/cmH2O）和慢性阻塞性肺疾病成人患者（R=20 cmH2O，C=50 mL/cmH2O）的R和C进行实验。结果 测算所得R最大相对误差达到-12.67%，出现在对正常成人的测定；C最大相对误差达到17.37%，出现在对急性呼吸窘迫综合征成人患者的测定。采用均值配对双样本t检验法对每组测试数据进行分析，差异没有统计学意义（P＞ 0.05）。结论 实验所得R、C与在ASL5000上的设置值相一致。NPPV下呼气末R、C的测算方法具有良好的可行性，其实现与应用有助于呼吸机通气治疗的精准化和个体化。

摘要:创伤、疾病和衰老造成的软组织、器官缺损或衰退对人类健康带来极大负担，软组织再生技术为解决上述问题带来了希望。近年来，随着生物力学、力学生物学与再生医学多学科交叉研究日益深入，力学逐渐成为调控软组织再生的关键因素之一。尽管如此，目前临床对于软组织的力学特性缺乏深入认识，也未完全掌握其在软组织疾病诊疗及软组织缺损修复中的潜在价值。本文通过总结国内外相关研究进展，提出“软组织再生力医学”这一概念。随后，从软组织多尺度生物力学、软组织再生力学生物学、软组织再生力医学技术及软组织再生力医学应用4个方面，系统描述力学因素对软组织发育和再生的影响机制。最后，对力医学应用于临床软组织疾病诊疗及软组织缺损修复的潜能进行展望，为软组织再生力医学的发展提供新方向。

摘要:不同颈前路手术治疗颈椎病对患者颈椎生物力学特征的影响因手术方法而异，但临床上较难精细地测量颈椎各部分或内植物的力学属性。因此，有限元法被广泛应用于颈前路手术的研究，可以通过计算机精确分析不同部分的应力和应变分布，为研究不同颈前路术式的生物力学特征提供便利。本文回顾了有限元法在颈前路手术中的研究进展，对有限元研究在融合或非融合术式、混合手术及微创手术等方面的现况进行归纳总结，以期为不同颈前路手术的选择提供生物力学角度的理论参考。

摘要:骨组织细胞主要有成骨细胞、破骨细胞、骨细胞3种类型，与细胞外基质共同维持骨的结构完整性和功能性。破骨细胞专门负责骨吸收，通过释放酸性物质和蛋白水解酶降解骨基质，发挥骨吸收作用；通过与成骨细胞相互协调，共同维持骨稳态。破骨细胞增多，导致骨吸收增加，从而引起骨质疏松症等骨骼疾病；破骨细胞生成过少，将导致骨吸收减弱等相关疾病，例如骨硬化症。因此，对于破骨细胞功能的精确调控，在维持骨稳态的平衡中发挥极为关键的作用。既往研究多从生物化学角度解释和阐述各种生物因素对破骨细胞的调控。然而越来越多的研究证实，力学刺激在破骨细胞分化过程中发挥着重要的作用。本文着眼于力学刺激对破骨细胞分化的影响，讨论力学刺激在其中可能发挥的作用，并对该领域的新发现以及未来的发展进行探讨。