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医用生物力学 2009年第04期杂志 文档列表

医用生物力学杂志专家论坛

气道平滑肌生物力学与哮喘病理机制的研究进展237-245

摘要：哮喘病是危害人类健康的重要呼吸疾病,但其病理机制至今依然不完全清楚。由于呼吸依赖于各级肺组织在外力作用下的一系列力学过程,其力学因素必定在呼吸功能方面发挥着重要作用。其中,气道平滑肌细胞对物理环境很敏感,异常的力学因素刺激将可能改变气道平滑肌细胞的结构和/或功能,导致气道平滑肌过度收缩等病理变化。近年来,人们对气道平滑肌生物力学及其在哮喘的病理机制中的作用展开了大量研究,获得了许多重要的发现。本文将围绕气道平滑肌与肺中的力学环境介绍有关研究的最新进展,包括气道平滑肌收缩和骨架纤维的组织结构,气道平滑肌功能长度范围以及适应性,力学刺激引起的气道平滑肌细胞结构和功能的变化,气道平滑肌紧张度对应变诱导的响应的调控,细胞骨架软玻态动力学行为等,并探讨气道平滑肌生物力学与哮喘病病理机制的关系。

医用生物力学杂志基础研究

虚拟中国人足底韧带结构失效后的足弓负荷机制研究246-255

摘要：目的建立虚拟中国人的足内侧纵弓与外侧纵弓的有限元模型,研究跖腱膜松解术或足底韧带损伤后足骨与内在肌群的生物力学特性,探讨骨性结构、足底韧带、足底腱膜、足底固有肌群之间的协调作用机制。方法采用虚拟中国人＂女性1号＂CT图像和MRI图像;采用非线性有限元方法进行足弓术后或韧带损伤后的平衡直立负荷状态仿真;并应用足底固有肌群的3种被动张力（微弱、适度、强烈）模拟术后或韧带损伤后的肌肉状态。结果建立了虚拟中国人＂女性1号＂足内侧纵弓第2跖列与外侧纵弓第5跖列的生物力学有限元模型,计算得到内侧纵弓和外侧纵弓在平衡直立时,韧带损伤时,固有肌群活动时的张应力矢量图、压应力矢量图和vonMises应力整体分布数据。结论跖腱膜松解术和足底韧带损伤等增加了足纵弓vonMises应力峰值,改变了张应力与压应力的流向;而足底固有肌活动的被动张力能降低足纵弓vonMises应力集中程度,调节张应力、压应力矢量接衡状态,减小了并发骨折和腱炎的危险性。骨性结构、韧带、腱膜、固有肌群的内在应力具有定量的相互调节功能。

基于MATLAB的微循环数值分析——毛细血管几何特性对氧输送特性的影响（英文）263-269

摘要：目的考察毛细血管弹性和血管扭曲度对氧分布的影响,从而进一步考察肿瘤组织内形成乏氧区的机理,为肿瘤的放射线疗法提供理论帮助。方法通过一维毛细血管模型与氧传输模型相结合,考察了Krogh模型和扭曲血管模型内毛细血管与组织内的氧分压分布。血管截面积尺寸由一维模型获得并传输给组织模型。通过有限元分析计算氧分布。结果获得了在一定血流压力和不同毛细血管初始半径下,血管沿流动方向的尺寸变化,并计算了Krogh模型和扭曲血管模型中,毛细血管与组织内的氧分压分布。结论当毛细血管较小时,血管弹性对氧分压分布的影响很小;随着管径增大,血管弹性的影响也加大。另外,随着毛细血管扭曲度的增加,组织内氧分压分布的不均一性也增加,计算结果与相关文献的结果一致。该工作将有助于进一步考察肿瘤组织内的氧传输。

可实现特殊网格划分的个性化动脉瘤实体模型的构建270-275

摘要：目的通过建立一个可以用于有限元分析,可进行分区域网格划分的个性化主动脉弓动脉瘤实体模型,探索一种能满足特殊网格划分要求的个性化实体模型的建立方法。方法采用逆向工程的思想方法,借助Geomagic和Pro/E软件,以原始STL格式的表面模型为依据,建立了一个个性化主动脉弓动脉瘤实体模型,并加入理想化支架模型,导入ANSYS有限元分析软件最终完成实体模型的建立和分块。结果建立的有限元模型,可进行针对边界层和支架的分区域网格划分,并完成了一个血流动力学模拟仿真。结论建立的模型基本满足对特定区域网格细划分的需要,可以为支架介入治疗动脉瘤的血流动力学仿真提供基础。所建模型的方法是可行的,可以为将来建立其他类似模型提供参考。

建立基于广义Hamilton及Lie群理论的人体骨肌系统动力学方程276-280

摘要：目的建立一种基于广义Arial及Arial群理论的人体骨肌系统动力学建模方法。方法首先,定义了人体骨肌系统的广义坐标,建立了人体骨肌系统Arial群位形流形;其次,在广义Arial动力学体系下建立了人体骨肌系统的动力学模型;最后,研究了该动力学模型的计算方法。结果给出了基于广义Arial及其群理论的人体骨肌系统动力学方程,并以一个举重动作为例进行了骨肌系统动力学算法分析。结论所提出的人体骨肌系统动力学方程能够有效真实地对人体骨肌系统进行动力学描述,为人体骨肌系统动力学分析提供了一种新方法。

改进Herbert螺钉修复髌韧带断裂的实验研究281-284

摘要：目的采用改进的Herbert螺钉修复髌韧带断裂,对其修复强度进行生物力学检测,明确该方法是否优于目前临床常用的骨钻孔修补法。方法（1）22只新鲜羊膝关节标本在靠近胫骨结节6mm处切断髌韧带。分成两组,螺钉组和缝合组,分别对髌韧带进行修补缝合。测量缝合后髌韧带断裂时瞬间拉力和最大承受拉力。（2）11只活体狗手术切断双侧后腿髌韧带后,分别用螺钉和单纯缝合方法进行修补,4周后观察韧带愈合情况,并进行力学测试。结果（1）螺钉组羊髌韧带缝合后断裂平均瞬间拉力为（71.13±14.23）N,缝合组为（46.09±8.41）N,两组间有显著差异（P＆lt;0.05）。螺钉组的平均最大拉力为（80.46±11.73）N,缝合组为（54.60±9.79）N,两组间亦有显著差异（P＆lt;0.05）。（2）活体狗螺钉组髌韧带完全愈合5例,缝合组2例。螺钉组平均断裂瞬间拉力为（202.99±12.17）N,缝合组为（162.41±15.80）N（P＆lt;0.05）。螺钉组最大拉力为（219.69±15.73）N,缝合组为（177.92±15.31）N（P＆lt;0.05）。结论对于近止点的韧带断裂,改进的Herbert螺钉优于骨钻孔修补方法。

螺钉F角对腰椎后路单节段固定稳定性的影响285-289

摘要：目的比较4组不同椎弓根螺钉置入方式对后路单节段固定生物力学稳定性的差异。方法将24具新鲜小牛胸腰椎标本（T11～L3）分为4组,用椎体楔行切除法在L1椎体上制作严重压缩性骨折模型,用4组不同进钉角度行后路单节段椎弓根钉内固定,对固定后的标本施加频率为1.0Hz的前屈/后伸、左/右侧屈和左/右旋转疲劳载荷各3000次,经脊柱三维运动测量系统测量正常、损伤、固定和疲劳后4种状态下固定节段（T13～L1）前屈/后伸、左/右侧屈和左/右旋转运动范围,将其标准化为稳定指数后比较四组内固定方式在4种状态下6个载荷方向上稳定性的差异。结果4组固定均能显著提高骨折模型在6个载荷方向上的稳定性（P＆lt;0.01）,而且显著强于正常标本组（P＆lt;0.01）,但四组间无显著性差异（P＆gt;0.05）;疲劳试验后4组标本在6个载荷方向上的稳定性均小于各自疲劳试验前,但两者间无显著性差异（P＆gt;0.05）,且4组间无显著性差异（P＆gt;0.05）。结论只要保证螺钉在椎弓根及椎体内且伤椎螺钉避开骨折区域,螺钉的F角大小不会影响单节段固定的即刻稳定性及疲劳后稳定性。

基于CT数据的股骨轴线的获取290-294

摘要：目的提出一种利用CT影像数据自动获取股骨轴线的方法,利用该方法可以在计算机上获取精准的股骨三维解剖轴线与机械轴线。方法对人体下肢进行CT扫描,然后对CT图像进行二维阈值分割、三维数据体重建、骨骼分组、数据平滑填充及三维数据体旋转等预处理,获得三维股骨表面模型;通过对股骨头与股骨远端形态特征的分析,根据股骨头近似球形的特点,对判断断层扫描数据梯度变化来计算股骨头中心位置,另外,逐层搜索膝关节断层图像上闭环区域的方法自动求得股骨远端中心的坐标,从而获得股骨长轴。结果建立了一种基于CT图像简便快捷的自动获取股骨头中心与膝关节骨中心三维空间坐标的方法。结论通过此方法可较为精确获得人体下肢的三维股骨机械轴线和股骨解剖轴线。

医用生物力学杂志口腔生物力学

种植体长度对即刻负载种植体骨界面生物力学分布的影响295-299

摘要：目的建立包含不同长度标准直径种植体的下颌骨三维有限元模型,分析不同长度种植体对即刻负载种植体骨界面应力应变分布的影响。方法采用薄层CT扫描下颌骨和自主开发的USIS软件建立直径4.1mm不同长度螺纹种植体即刻负载的三维有限元模型,用ANSYS软件分析长度分别为6、8、10、12、14mm的种植体,在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面的vonMises应力、应变值。结果随着种植体长度的增加,种植体骨界面的应力和应变值均呈下降趋势。垂直加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降14.9%、8.4%、11.3%和11.2%;其应变值分别下降23.4%、12.6%、12.7%和14.4%。颊舌向加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降19.23%、7.77%、5.2%和3%;其应变值分别下降18.2%、23.6%、10.5%和12.9%。种植体骨界面应力值在长度从6mm增加到8mm时下降最明显,尤其是颊舌向加载时。种植体骨界面应变值也是在长度从6mm增加到8mm及8mm增加到10mm时下降最明显。结论种植体长度的增加能降低骨界面应力和应变值,呈负相关关系;但只在长...

医用生物力学杂志应用研究

下肢残肢功能综合训练系统的研发304-307

摘要：目的为最大限度保留下肢截肢患者残肢残存功能,充分发挥假肢代偿功能,研制开发了具有数字化控制和反馈的下肢残肢功能综合训练系统。方法由髋关节训练系统和膝关节训练系统两部分组成,可增大关节活动角度、增加残肢肌容积、促进残肢愈合。结果根据多病科结合,成功研发出综合康复训练系统。结论该系统从根本上提高截肢者的残肢功能,促进残肢定型,改善残肢装配假肢所需条件。

伸肌训练结合电刺激治疗股四头肌伸肌滞后的效果308-310

摘要：目的观察膝关节术后发生股四头肌伸肌滞后的患者运用伸肌训练与电刺激治疗效果。方法将30例膝关节术后发生伸肌滞后患者随机分为两组,伸肌训练组（A组）与联合运用伸肌训练与神经肌肉电刺激组（B组）,两组都接受常规康复治疗。训练前及训练2周后评定伸肌滞后角度。结果A组伸肌滞后角度治疗前14.5°±7.33°,治疗后8.4°±6.75°;B组伸肌滞后角度治疗前13.9°±9.15°,治疗后3.9°±3.56°。两组治疗前后均有显著改善,P＆lt;0.05;A、B两组改善程度亦有显著差异,P＆lt;0.05。结论与电刺激联合运用相比,伸肌训练可有效改善股四头肌的伸肌滞后。

医用生物力学杂志综述

人体脊柱三维运动测量及力学加载进展311-316

摘要：精确地对人体脊柱三维运动的定量特性描述,可以帮助理解脊柱疾病的病理,掌握脊柱损伤的程度,从而进行合理的治疗和功能的替换,还可以正确评估脊柱损伤和外科手术对脊柱运动的影响。本文从人体脊柱运动测量指标、实验加载参数和方式3个方面阐述了人体脊柱离体运动测量实验研究的成果,分析了脊柱三维运动测量试验中的主要成果及不足,提出了研究方向,为未来脊柱运动测量研究提供一定的参考和帮助。