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医用生物力学 2006年第01期杂志 文档列表

医用生物力学杂志编者的话

编者的话1-1

医用生物力学杂志专栏论著

力学环境影响下肿瘤内外血管生成的数值模拟2-7

摘要：目的考察肿瘤内外不同的力学环境对肿瘤血管生成过程中内皮细胞运动的影响，数值生成肿瘤内外血管网络。方法肿瘤外正常组织和肿瘤组织设为线性粘弹性体。肿瘤外正常组织内皮细胞扩散系数是常数：肿瘤内，肿瘤细胞的活性下降导致组织的黏附力降低，内皮细胞扩散系数设为离中心的幂次函数。建立内皮细胞运动的扩散方程，数值生成肿瘤内外血管网络。结果当考虑肿瘤内外不同力学环境对内皮细胞运动的影响时．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。在忽略力学环境的影响时．无法得到实验观测到的分层网络。结论肿瘤内外不同的力学环境对肿瘤血管生成的网络结构有着重要影响。

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更正启事7-7

医用生物力学杂志专栏论著

实体肿瘤血液动力学的三维数值模拟8-13

摘要：目的数值研究实体肿瘤内外三维微血管网及间质内的血液动力学。方法数值生成实体肿瘤内外三维微血管网．根据Poiseuille定律和Darcy定律分别计算微血管内压强及肿瘤组织间质压、组织液流速。结果肿瘤外部微血管内压强迅速降低，肿瘤内部微血管压强变化很小，可视为常数；肿瘤组织间质压呈现‘内高且平，外低且陡’的分布．组织液流速与之相反。结论本模型得到了较为有效的肿瘤内外三维血管网结构；血液动力学计算结果与生理实际基本吻合．为研究肿瘤内药物输运提供了可信的模型及方法。

各向异性传导系数对实体肿瘤间质流体流动影响的二维边界元模拟14-19

摘要：目的研究实体肿瘤组织间质各向异性传导系数对流体流动的影响。方法用图像处理方法建立具有实体肿瘤微血管形态和分布特征的二维微血管网络模型，应用边界元方法数值计算多连通区域内组织液的流动及水力传导系数变化的影响。结果横向与纵向间质水力传导系数的不同，对整个肿瘤内组织间质压强的分布有明显的影响：不同函数形式分布的水力传导系数，影响肿瘤局部区域内间质流体压强的分布。结论各向异性水力传导系数对实体肿瘤组织间质压强有明显影响，与传导系数变化的范围和肿瘤内微血管网络的形态有关。

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第三届《医用生物力学》编委会（以姓氏笔划为序）19-19

医用生物力学杂志专栏论著

生理参数及药物注射方式对球形实体肿瘤中药物输运的影响20-26

摘要：目的研究球形实体肿瘤中生理参数对药物输运的影响，以及探讨有较好效果的药物注射方式。方法设肿瘤中毛细血管网成球对称分布，肿瘤中的毛细血管表面积和肿瘤体积之比为半径的函数。肿瘤间质为多孔介质，化学药物透过毛细血管壁进入肿瘤间质，在肿瘤间质中输运满足扩散方程。肿瘤外正常组织富含血管和淋巴，药物能被淋巴管吸收，药物输运采用改进的药代动力学模型。用肿瘤中各部位药物浓度维持在最小药物浓度MEC水平以上的时间曲线面积（AUC）来衡量药物的效果。结果增大肿瘤间质中毛细血管对药物的通透性P，提高药物在肿瘤间质的扩散系数D．AUC的值均增大。在给出的六种给药方式中，分时段连续滴注和等时间间隔一次性注射的给药方式，它们的AUC值最大。结论增大肿瘤间质中毛细血管对药物的通透性，提高药物在肿瘤间质的扩散系数，以及采用分时段连续滴注和等时间间隔一次性注射的给药方式，有利于肿瘤的治疗。

细胞生长抑制因子与组织应力共同作用下的肿瘤初期生长阶段的二相模型27-32

摘要：目的探究细胞生长抑制因子和组织应力对处于初期生长阶段肿瘤的影响。方法将处于初期生长阶段的实体肿瘤分为肿瘤细胞相和间质相，采用二相模型描述其生长、演变过程。组织间营养的供给促进肿瘤细胞的生长：新陈代谢及细胞自身分泌的抑制因子加速细胞的凋亡。建立肿瘤细胞相的连续性方程与营养、抑制因子的扩散方程。考虑到两相的互相作用对肿瘤生长的影响，建立两相的力平衡方程，并利用各相的本构关系确定最终耦合的质量守恒方程、动量守恒方程和扩散方程，进行数值求解。结果数值计算结果显示。营养物质浓度随时间增加而减小，其分布由肿瘤中心向周边递增；抑制因子的含量随时间推进而减少，在肿瘤中心区域变化明显。周边变化不大：在抑制因子与组织应力的共同影响下，生长初期阶段肿瘤的中心区域活性小，周边区域活性大；忽略抑制因子的作用，肿瘤内部活性很高且肿瘤细胞分布均匀。结论抑制因子的存在，使生长初期阶段的肿瘤内部出现坏死区：间质挤压肿瘤细胞，细胞产生释放应力的趋势．从而向外生长。

非均匀血液灌注实体肿瘤的免疫竞争模型33-37

摘要：目的研究血管非均匀分布造成的血液非均匀灌注情况下的肿瘤免疫竞争模型。方法采用Costa等模拟肿瘤免疫竞争模型，设血液灌注沿肿瘤半径分布为二次函数并调整相应参数，求解模型并和Costa等的结果进行比较分析。结果肿瘤免疫竞争的结果在不同径向坐标处存在很大差异。核心区肿瘤细胞生长几乎停滞．活跃生长区发生肿瘤的单调的不受控生长或周期性的不受控增长，而外层肿瘤的生长则受到抑制。结论考虑肿瘤的血液非均匀灌注时，免疫竞争的结果与不考虑血液灌注的情况有明显差异。

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欢迎订阅2006年《医用生物力学》杂志37-37

医用生物力学杂志基础研究

海若螺平衡囊神经系统的混沌特性38-42

摘要：目的分析软体动物海若螺的平衡囊运动特性。方法利用（winnerless Competition，WLC）模型数值研究运动神经系统的电位发放，计算神经元发放的Liapunov指数。结果结果显示：一般情形下，神经元的电位发放序列具有负的Liapunov指数；特殊外界刺激下，Liapunov指数出现正值。结论海若螺平衡囊神经系统有不同的稳定状态，稳定状态之间通过混沌来转化，海若螺运动系统具有边缘混沌特性。

无支架心包二尖瓣的有限元分析43-48

摘要：目的通过无支架心包二尖瓣与有架三叶生物瓣对比，利用有限元法计算，观察在左心室舒张期瞬时跨瓣压差作用下的瓣叶静态应力分布。方法采用八节点曲线薄壳单元，考虑大应变以及瓣叶闭合过程的接触，应用Newton—Raphson方法求解有限元非线性方程。结果瓣膜开启状态下两种瓣膜应力水平均不高。在峰值跨瓣压差15．96kPa作用下。无架心包二尖瓣第一主应力分布均匀，无明显应力集中，平均第一主应力为0．040—0．149MPa；有架三叶瓣在临床上易发生撕裂的部位明显应力集中，最大第一主应力为2．352MPa，平均第一主应力为0．223-0．724MPa，明显高于无架心包二尖瓣。结论（1）对于几何曲面形状不规则，高度接触的无支架心包二尖瓣，首次采用有限元方法进行应力计算是有效可行的；（2）本研究的有支架心包三叶瓣有限元模型得到的应力分布与临床结果一致；（3）无架心包二尖瓣较有架心包三叶瓣应力分布明显合理，有益于防止瓣叶撕裂和钙化。延长寿命。

医用生物力学杂志应用研究

全髋置换术中髋臼过度扩锉对髋臼缘骨量和前倾角的影响49-53

摘要：目的通过髋臼的三维重建及基于此的解剖形态研究，就临床上假体安装前的髋臼同心扩锉准备方式时过度扩锉对臼窝前后壁骨量丧失和髋臼缘开口前倾角改变作一定量分析。方法选取40例成人髋臼标本，通过CT扫描、图像边界处理和定标，利用Pro／Engineer软件拟合出髋臼三维结构，再将其导入Unigrapics软件中，运用其集成的工具条和球体表面逼贴技术，对二种过度髋臼同心扩锉，即扩锉至Harris窝底或扩锉至髋臼内侧壁时，髋臼横断面开口扭转角度变化及髋臼后壁与前壁骨量丧失量作定量分析。结果（1）当髋臼同心扩大至Harris窝底时，髋臼横断面开口扭转角度在不同髋臼层面均发生变化，其中，髋臼上半部分最大前倾角度可增加4．83°；而髋臼下半部分开口前倾角度轻微减小。（2）髋臼同心扩大至Harris窝底时，髋臼后壁与前壁骨量丧失量平均为6．75mm和6．11mm。（3）当髋臼同心扩大至髋臼内侧壁时，髋臼横断面上半部分开口扭转角度进一步增大，最大前倾角度增加达8．55°；此时，髋臼后壁与前壁骨量丧失量也增加至平均9．54mm和9．56mm。结论髋臼同心扩挫虽能保持髋臼活动中心点不变，但过度扩锉仍可造成较明显的髋臼前后壁骨量丧失与前倾角度变化，不利于髋杯假体与骨面的牢固固定和正确置放。髋臼扩锉达到或超过Harris窝底深度以上应尽可能在临床应用中避免。

S形动脉中的血流动力学研究54-61

摘要：目的探索动脉直径大小对S形动脉血流动力学的影响。方法利用数值模拟方法，对具有不同直径的大小两种S形动脉模型在相同的边界条件下的血流动力学时空分布进行了分析。结果在大S形动脉中的二次流比小S形动脉中的要复杂：在弯曲动脉的内弯区存在较强的涡流；弯曲动脉中的压力和壁面切应力变化很剧烈，特别是在大模型中。结论S形弯曲动脉中的血流呈现复杂回流、二次流、压力和壁面切应力剧烈变化等特性，这些都可能影响到动脉内皮的功能及内膜增生。在利用人造或自体血管修复旁路狭窄动脉的手术中，应尽量避免采用S形动脉模型。

经皮导入内固定治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位的力学分析62-65

摘要：目的通过力学分析研究经皮导入内固定方法治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位的可行性。方法实验分二部分进行：一是用尾部加压调角空心螺纹钉按手术操作进行拉脱试验．测定将螺纹钉从肱骨头内拉出所需最小力（Pmin）；二是利用生物力学测试机测定志愿者单纯肩关节前脱位麻醉下牵引复位所需的最大力（Pmax）。实验按年龄分为A、B两组，A组25，45岁，B组〉45岁。对两组测试数据进行数据分析。结果当尾部加压调角空心螺纹钉拧入肱骨头20mm时，螺钉自肱骨头内拉出所需最小拉力PminA=284N，PminB=198N，牵引复位单纯肩关节前脱位所需最大拉力PmaxA=206N，PmaxB=195N，通过比较极值，得出Pmin〉Pmax，即牵引复位单纯肩关节前脱位所需最大拉力小于螺钉自肱骨头内拉出的最小拉力。结论尾部加压调角空心螺纹钉对肱骨头的固定作用可满足经皮导入内固定治疗肱骨近端骨折合并肩关节前脱位过程中的要求。

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本刊通知65-65

医用生物力学杂志应用研究

新型无柄股骨假体应力分布的有限元分析66-71

摘要：目的通过对比传统有柄股骨假体的应力分布来研究新型无柄股骨假体的生物力学性能。方法利用真实人体股骨上端的CT扫描图像。建立完整股骨、两个或三个固定螺钉的无柄假体、传统有柄假体的三维有限元模型。模拟人单腿直立的载荷情况，分析和比较每种模型的Von Mises应力分布。结果（1）无柄假体股骨上的Von Mises应力比传统有柄假体和完整股骨上的都要高；（2）与传统有柄假体相比，防止了应力遮挡效应的产生。（3）两个或三个固定螺钉的无柄假体在股骨的Von Mises应力分布上没有明显差别。结论新型无柄假体可以防止应力遮挡效应，和传统有柄假体相比能够使股骨上的应力分布更加符合实际的生理情况。

骶髂螺钉LX固定方式的生物力学特性分析72-76

摘要：目的研究骶髂螺钉LX固定方式与目前常规骶髂螺钉固定方式的拔出强度、刚度、能量吸收，确定比较符合人体生物力学要求的固定方式。方法8具甲醛固定湿润成人尸体的正常骨盆标本，平均年龄2345岁。骨密度测量排除骨质疏松，排除畸形、肿瘤、外伤等异常。将骨盆等分锯成两半，左侧组采用骶髂螺钉12（固定，置入正、负应力骶髂拉力螺钉．沿着骶髂关节复合体的压力带和张力带轴线，分别置入骶髂关节复合体的张力带和压力带；右侧组置入常规骶髂拉力螺钉。测量拧紧力矩、轴向拔出力、相对位移、应变、能量吸收。结果拧紧力矩与骨密度、拧紧力矩与轴向拔出力、轴向拔出力与骨密度之间存在明显的正相关关系（P〈0．05）。左侧组拔出力为（1158．10±29．20）N，比右侧组（791．2±44．6）N高32％（P〈0．05）。右侧组的吸收能量为（6．52±0．78）J，左侧组的吸收能量为（11．75±1．45）J，左右两侧总的能量相比，左侧比右侧大（P〈0．05）。结论骶髂螺钉LX固定方式的强度和刚度均高于常规骶髂螺钉固定，拔出螺钉需要的能量亦大，具有生物力学优势。有利于骶髂复合体修复，更符合人体工程学要求。