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  • 骨陷窝-小管结构改变对骨细胞流体动力学微环境的影响
    王晨璐 王慧茹 杨海胜
    录用日期: 2024-02-18
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    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。研究结果提示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。
    术中塑形与锁钉分布及术后愈合状态对接骨板生物力学的影响分析
    周望# 徐剑晴# 何思渊 张述 王俊文 焦竞 米博斌 刘国辉 朱威威 何智圣 张柳云 刘梦星
    录用日期: 2024-02-18
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    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的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,3.7mm的接骨板比2.7mm的接骨板的等效塑性应变高28%,3.7mm厚接骨板的极限折弯角度为55°,2.7mm厚接骨板的极限折弯角度为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2.64N?m,等效弯曲刚度为1.12 N?m2,带折痕四点弯曲强度为2.63N?m,等效弯曲刚度为1.10N?m2;正反折弯后接骨板四点弯曲强度由2.64N?m降低至2.45N?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 相同材料、不同厚度接骨板的极限塑形角度不同,接骨板越厚,极限塑形角度越小;同一接骨板,塑形角度较小时,接骨板四点弯曲强度上升,但塑形角度增大到一定值后,其强度开始下降,塑形角度越大,四点弯曲强度越低;塑形中产生的折痕与正反折弯现象均可导致接骨板的四点弯曲强度与等效弯曲刚度降低,而增加填塞螺钉的方式能有效增加单孔接骨板的四点弯曲强度。同时布满锁钉的接骨板系统,接骨板与锁钉应力集中严重,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,术后骨折恢复效果不佳,将大幅提升接骨板失效风险。
    猪子宫韧带力学性能的实验研究
    王丽丽 刘然
    录用日期: 2024-02-18
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探讨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的被动力学行为,分析分娩对USLs和CLs生物力学性能的影响。 结果 实验结果表明猪子宫韧带组织的被动力学行为是非线性的,无论分娩与否,右骶韧带(RUSLs)的最大应力大于左骶韧带(LUSLs),且USLs的最大应力均大于CLs。表明USLs比CLs承受的张力更大,强化了USLs在POP中的关键性作用。 结论 该研究为预防POP发生提供理论基础,也为女性产后修复锻炼盆底肌肉,降低妊娠和分娩对盆底组织的影响提供指导。
    肌肉电刺激联合肌力训练对髌股关节痛患者膝关节生物力学特征的影响
    姚英策 赵建斌 杨晓巍 吴菁 薛博士 王霞 杨辰 郑亮亮 周志鹏
    录用日期: 2024-02-18
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    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患者膝关节生物力学特征的影响。方法:招募46名髌股关节痛患者,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(electric 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髌股关节痛患者的疼痛及下肢功能。 关键词: 髌股关节痛;生物力学;运动康复;肌肉电刺激技术;肌力训练
    基于髋臼周围截骨术的骨刀变形预测模型
    李玉梅 韩阳 卢鼎
    录用日期: 2024-02-06
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 建立一种用于髋臼周围截骨术的骨刀变形预测模型,快速且精准的预测骨刀变形。方法 建立包含皮质骨和松质骨两部分的骨盆-骨刀有限元数值模型,分析了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(DNN)回归模型,建立了骨刀应变-形变预测模型。在模型预测完成后,利用双目视觉定位系统来确定截骨手术过程中骨刀的空间精确位置,以此来对骨刀进行术中跟踪。结果 预测模型的R2值为0.98781,骨刀离散成节点后的平均变形误差为0.07毫米。该预测模型能够快速且精确的获取骨刀变形,在降低 PAO 手术事故方面显示出巨大的潜力。结论 本文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,降低髋臼周围截骨术中难度和风险,并为临床应用提供理论支撑。
    基于双向流固耦合分析载瘤对颈动脉血管发展及影响
    冉鹏 张焜林 李闽氚
    录用日期: 2024-02-01
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    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,以期探究囊形瘤体发展的具体机理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。本研究为囊形瘤体的治疗和预防提供了理论参考,有望为相关领域的进一步研究提供指导,在临床意义方面,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。
    髋臼内陷技术对成人DDH全髋关节置换术髋臼杯生物力学影响的有限元分析
    张欣 林文杰 贺彬 冯柏淋 陈海聪 钟环 欧阳汉斌
    录用日期: 2024-01-17
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 采用有限元方法探讨髋臼内陷技术对成人DDH髋关节置换术后髋臼假体的生物力学效应。方法 获取一名成人单侧DDH患者双侧髋关节CT图像数据,进一步构建患侧半骨盆有限元模型,在此基础上,建立臼杯不同内陷水平的有限元模型,对比分析原位组和不同水平内移组之间的生物力学差异。结果 在模拟拔出试验中,原位组最大抗拔出载荷强度为1166 N;相比原位组,4 mm和8 mm内移组的抗拔出载荷强度分别增加了45.8%和57.1%;原位组髋臼假体在步态周期站立位相载荷工况下的假体-骨界面微动最大166.4μm,内移4 mm及8 mm组相对原位组分别减少了46.2%和62.1%;对于臼杯植入后髋臼周围即刻应力分布,不同组别之间的差异并不显著,而在步态周期站立位相载荷工况下,原位组髋臼周围平均应力及峰值应力均最小,平均应力随内移程度的增加而增大,而内移4 mm组峰值应力最高。结论 髋臼内陷技术相较原位植入假体,可以提高假体初始稳定性,稳定性和内移程度呈正比,但内移程度不足导致骨覆盖面积不足时,臼杯-骨界面边缘应力显著增加,可能会导致假体相关并发症风险的升高。
    三维组架螺钉与环形钢板治疗Sanders ⅢAB型跟骨骨折的有限元分析
    潘红元 孔德伟 刘粤 龚璐璐 赵一丁 孔德策 汪嘉琪 王治 范鑫斌 杨铁毅
    录用日期: 2024-01-17
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:探讨三维组架螺钉与环形钢板对Sanders ⅢAB型跟骨骨折的生物力学稳定性的影响。 方法:收集1名26岁志愿者跟骨CT 和MRI数据,建立Sanders ⅢAB型跟骨骨折的三维有限元模型,分别使用三维组架螺钉与环形钢板固定,施加700 N纵向载荷,比较不同模型骨块及内固定应力与位移变化情况。 结果:在700 N纵向载荷下,两组模型骨块最大位移以及骨块与内固定最大应力均集中于后距关节面内固定与骨折线相交处。三维组架螺钉模型与环形钢板模型骨块整体位移相近,分别为0.620 mm、0.632 mm。三维组架螺钉模型相较于环形钢板模型,骨块及内固定的最大应力和平均应力更小,骨块最大应力分别为9.54 MPa、14.84 MPa,骨块平均应力分别为0.79 MPa、0.99 MPa,内固定最大应力分别为15.94 MPa、40.04 MPa,内固定平均应力分别为2.45 MPa、3.79 MPa。三维组架螺钉模型相较于环形钢板模型,位移与应力变化情况更接近完整跟骨模型。 结论:Sanders ⅢAB型跟骨骨折固定时,两种固定方式均能提供良好稳定性。三维组架螺钉的生物力学性能优于环形钢板,更符合生物力学特点
    离心式血泵优化设计研究进展
    张珂嘉 吴鹏
    录用日期: 2024-01-09
    [摘要](32) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    人工心脏(血泵)应兼具优良的水力学性能和血液相容性,血泵性能的提升依赖于良好的优化设计方法。本文统筹了近些年血泵优化设计相关的工作,回顾了数值模拟方法的进展,总结了优化设计的参数敏感性研究以及不同优化方法的优缺点,最后提出了血泵优化设计的展望及挑战。本综述可为未来的血泵优化设计工作提供借鉴和参考。
    舌侧金属加强杆种植覆盖义齿的三维有限元分析
    张馨月 王勇 陈倩 周团锋 马珂楠 王子轩 赵一姣
    录用日期: 2024-01-09
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:通过三维有限元分析方法探讨舌侧金属加强结构义齿基托设计对无牙下颌种植修复义齿的生物力学影响,为无牙颌修复治疗提供参考。方法:构建舌侧金属加强结构与无加强结构两种义齿基托设计的2颗种植体支持locator式覆盖义齿三维有限元模型,分别对后牙中央窝垂直施加150N载荷、斜向施加150N载荷以及对前牙垂直施加150N载荷,模拟正中咬合,左右侧方咀嚼以及前牙切割食物时两种模型各组织的受力情况。结果:后牙及前牙垂直向加载力时,两种义齿基托设计模型的各组织受到的应力分布较为接近,所受应力最大值差别在0~0.16Mpa之间;偏侧咀嚼力作用下,未添加金属加强杆的义齿基托、种植体和黏骨膜应力集中范围,以及种植体、种植体周围骨受力最大值明显大于添加金属加强杆模型,所受应力最大值差别在0.51~2.62Mpa之间。结论:在义齿基托舌侧添加金属加强杆,可以起到应力分散的作用,或可在一定程度上减小骨吸收及基托折断的风险。
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