人工关节失效的统计分析及其在技术发展中的重要作用
摘要：本文阐述了国内外针对人工关节失效所开展的统计工作及其取得的主要结果。从临床需求、生物力学和工程学的观点提出导致失效的基础技术、制造工艺、临床条件等三方面因素,阐述了人工关节相关技术进一步发展的需求,并提出推动我国人工关节失效统计工作的若干建议。纵向应力作用下的血管重建
摘要：在体血管除了受到血压和剪切血流外,还受到显著的纵向张力作用。纵向张力影响血管的生理功能及其对血压和血流的响应。虽然对血压和血流改变时的血管重建已有了很多了解,但对血管纵向应变及其相应的血管组织重建却了解甚少。本文总结了血管纵向张力和应变的在体观测结果,以及血管对纵向应力改变的细胞和组织层次的响应与适应性重建。增加纵向张力导致组织重建,过度减少纵向张力会导致血管发生屈曲。纵向张力作用下血管组织重建的研究将增强对血管正常生理功能和病理变化的认识。基于显微CT的骨微观三维变形场测量系统的研究
摘要：目的初步构建一套集成显微CT与力学加载装置的测试系统,结合数字体相关技术（digital volume correla-tion,DVC）实现骨组织内部微观三维变形场的测量。方法选用微型力学加载装置进行单轴压缩试验,维持载荷不变的同时对试样进行CT扫描;采用DVC方法对连续CT图像序列进行相关匹配和搜索计算,测量载荷变化前后试样内部结构沿三维方向的微观位移值;通过零位移重复扫描和刚体平移评价该系统的测量精度及准确度;利用该系统测试牛松质骨块的三维位移场分布。结果零位移重复扫描结果显示该系统测量加载方向的位移准确度最高,测量精度低于CT扫描分辨率的1/10;刚体平移结果显示计算位移标准差为0.001～0.002μm;松质骨块测试区域在600 N载荷作用下沿加载方向的微观位移范围为100.35～110.25μm,位移场呈现多层逐级分布。结论该系统能够满足数字体相关法测量位移的准确度及精度要求,能够实现骨组织内部微观结构的三维变形场测量,可以作为进一步研究骨组织内部变形分布与结构成分响应关系的测量平台。有限元分析中软组织力学参数的设定及验证
摘要：目的提供软组织超弹性材料参数并探讨优化方法,为有限元分析（finite element analysis,FEA）冲击研究中软组织显式求解的准确模拟提供参考。方法测定6具足底软组织标本抗压性能,以实验数据计算FEA材料参数,利用泊松比对材料参数进行优化。设置与体外实验相同工况的FEA模型进行模拟。利用实验及文献报道数据对模拟结果进行验证。结果软组织体外实验中力-位移曲线呈指数增长。FEA模拟与实验结果相比,压缩率≤45%时,结果相一致;在压缩率〉45%时,材料泊松比愈接近0.5,FEA模拟的准确性越高。泊松比为0.497时,FEA模拟与体外实验结果有较强线性相关关系（R2=0.9923）。结论本研究中材料参数模拟效果良好。在较低压缩率下,计算结果与体外实验的结果相一致;在较高压缩率下,提高材料泊松比可增加FEA模拟准确性。基于原子力显微镜技术研究不同激活态下肌节超微结构与压弹性
摘要：目的搭建研究不同激活态下昆虫飞行肌纤维的超微结构与力学特性的系统,并以此开展近生理环境下的心肌生物力学研究,进而推动对心肌结构、力学特征和生理功能间关系的认识,为心肌病的基础研究和临床治疗提供更多的线索。方法采用轻敲模式的原子力显微镜技术研究僵直态、松弛态和活化态下昆虫飞行肌肌原纤维的超微精细结构;采用纳米压痕技术研究不同生理状态下肌纤维的定点弹性特性。结果肌原纤维在僵直态、松弛态和3种活化态的肌节长度分别为：（2.10±0.05）（、3.10±0.10）（、2.50±0.15）μm（2 mmol/L Ca2＋）（,2.60±0.25）μm（5 mmol/L Ca2＋）和（2.55±0.15）μm（10 mmol/L Ca2＋）,A带长度始终保持在1.50μm左右,而I带的长度则有较大的变化（0.7～1.6μm）;力学实验发现,在同一生理状态,肌原纤维的弹性参数的大小满足Z线〉M线〉重叠区〉I带;在不同活化状态下,钙离子浓度变化对Z线、M线和I带的压弹性影响的程度很接近。结论 5 mmol/L的Ca2＋浓度是合适的肌纤维活化浓度,肌节长度的分布符合肌动蛋白与肌球蛋白在重叠区相对滑移的力学和空间结构模型;AFM是肌纤维超微结构与力学特性高分辨研究的潜力工具。基于非线性时间序列法研究人体步行稳定性
摘要：目的应用非线性时间序列分析方法,研究健康老年与青年志愿者的步行稳定性,为更全面评估人体的动态平衡、预测跌倒风险提供重要依据。方法应用VICON运动捕捉系统,采集肌骨系统健康志愿者（7名老年和10名青年）在不同步速（80%、100%1、20%自然步速）下的运动学数据,提取志愿者在30个连续步态周期中,第7颈椎和第10胸椎在前后和左右方向上的位移,以及下肢各关节屈曲伸展和外展内收运动角度,计算位移和运动角度变化的最大Lyapunov指数,比较分析老年与青年组之间步行稳定性差异,以及步速对人体步行稳定性影响。结果青年组步行稳定性优于老年组,并在某些运动节段呈现显著性差异（P〈0.01）;老年和青年的步行稳定性随步速增加而降低（P〈0.05）。结论应用非线性时间序列分析方法中的最大Lyapunov指数,能有效并定量地评测人体步行中各运动节段的稳定性。力生长因子E肽与应力刺激对成骨细胞基因表达的影响
摘要：目的应用基因芯片技术分析在力生长因子E肽（MGF-Ct24E）和应力作用下成骨细胞基因表达的差异。方法体外培养原代成骨细胞,分别对细胞施加周期性拉伸刺激（应变12%,频率0.5 Hz）和MGF-Ct24E（50 mg/L）直接作用,基因芯片技术分析力学刺激和MGF-Ct24E作用对原代成骨细胞基因表达谱的影响,并用定量PCR验证基因芯片实验结果。结果与对照组相比,力学加载组共发现差异表达基因1 866个,其中上调基因1 113个,下调基因753个;MGF-Ct24E处理组共发现差异表达基因1 178个,其中上调基因796个,下调基因382个。GO分析发现两者的差异基因表达谱具有一致性,并且差异表达基因主要涉及细胞增殖与分化调节、细胞对应力刺激的响应和力学转导通路等。定量PCR实验结果验证的差异表达基因与芯片实验结果一致。结论基因表达谱分析显示应力刺激和MGF-Ct24E作用对成骨细胞的基因表达具有类似的调控效应,为后续使用MGF-Ct24E治疗骨修复以弥补应力刺激不足的研究提供了新的思路。力学刺激对角膜成纤维细胞碱性成纤维细胞生长因子表达的影响
摘要：目的研究在体及离体条件下不同力学环境对碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor,bF-GF）表达的影响,探索力学因素在准分子激光原位角膜磨镶术（laser assisted in situ keratomileusis,LASIK）术后角膜损伤修复中的作用。方法建立不同切削量的LASIK手术动物模型,使在体角膜处于不同力学环境中,并于LASIK术后1周和1月处死实验动物提取组织蛋白。此外,采用Flexcell 4 000细胞力学加载系统对原代提取的兔角膜成纤维细胞施加频率为0.1 Hz、拉伸幅度分别为5%、10%和15%的周期性机械拉伸,并于拉伸后6 h和24 h后取细胞培养液上清。采用ELISA方法检测bFGF含量。结果 LASIK术后1周,角膜基质床残余30%组与对照组相比,bFGF含量显著增高（P〈0.05）;术后1月回落至正常水平,各组之间无显著性差异。不同时间点同一手术方式之间比较发现,仅30%组1周和1月有显著差异（P〈0.05）。体外周期性拉伸实验表明拉伸6 h后1,5%拉伸组bFGF含量较对照组显著增高（P〈0.05）2,4 h后显著性降低（P〈0.05）。结论力学因素参与了早期角膜组织及角膜成纤维细胞bFGF表达的调节,bFGF在LASIK术后角膜组织修复中发挥了一定作用。基于单元刀具切削的活检针切削力模型
摘要：目的从切削力学角度构建活检针切削力模型,揭示针尖几何形状与活检针切削力之间的内在联系。方法借鉴传统金属切削理论建立针尖几何结构的数学模型,在此基础上将针尖切削刃离散成一系列单元刀具,在软组织切削试验平台上进行斜角切削试验,获得单位刃长切削力参数模型,最后采用单元刀具综合法构建活检针切削力泛函模型。结果该模型能够较好地预测活检针切削力,针尖顶角ξ为30°、45°6、0°的18 G活检针切削力试验值为1.33、1.38、1.56 N,预测值为1.29、1.43、1.52 N,相对误差小于5%。结论活检针切削力泛函模型定量描述了切削力与针尖几何结构之间的关系,可以用于新型针尖设计、评价及术前穿刺路径规划。人体上呼吸道内气溶胶沉积的数值仿真研究
摘要：目的研究人体上呼吸道内气溶胶沉积规律,分析呼吸模式对气溶胶沉积规律的影响。方法建立人体上呼吸道计算机数值仿真模型,采用计算流体动力学方法对人体上呼吸道内的气溶胶沉积进行数值仿真,分析气溶胶在上呼吸道内的沉积规律。结果人体上呼吸道内不同部位气溶胶沉积率随惯性参数的增加而增加,人体上呼吸道内的呼吸流量和气溶胶性质对气溶胶在上呼吸道内的沉积模式影响较小,受到惯性碰撞和湍流扩散的影响致使在喉部气溶胶沉积最多。人体循环吸气模式下,气溶胶在人体上呼吸道内的沉积率高于稳态吸气模式下的气溶胶的沉积率。循环吸气模式下远大于循环呼气模式下气溶胶沉积率。结论惯性碰撞对于微尺度气溶胶沉积而言是主要的沉积机制,而湍流扩散、二次气流运动和环流气流运动对气溶胶在人体呼吸道内沉积同样具有重要的影响。腰椎间盘突出症力学特征的仿真计算方法
摘要：目的建立腰椎间盘突出症力学特征的数值计算分析模型,为腰椎间盘突出症的力学机理提供一种检测评估方法。方法利用健康成人L4～5腰椎运动节段CT影像,采用Mimics 10.01医学图像处理软件和Geomagic10.0逆向工程软件分别建立L4～5腰椎运动节段的椎骨和椎间盘,并在Ansys软件中附加腰椎相关韧带及通过改变椎间盘突出后对应的材料属性,建立腰椎L4～5运动节段有限元模型,构建正常模型和腰椎间盘突出模型;运用有限元方法模拟正常椎间盘和突出椎间盘在轴向压力、前弯、侧弯、旋转和后伸5种载荷下的生物力学特征参数。结果椎间盘突出后,椎间盘的应力分布及传递载荷的能力改变,应力集中于纤维环后外侧;在相同的载荷情况下,突出的椎间盘的最大形变量比正常椎间盘的大;椎间盘突出模型的小关节突接触力比正常模型的小关节突接触力大。结论椎间盘突出后,椎间盘的承载功能下降,关节突的应力水平升高,小关节的负荷增加,从而导致腰椎稳度下降。成人获得性可复性平足的生物力学研究进展
摘要：成人获得性扁平足主要由胫后肌腱功能不全引起,是足踝外科的常见病,其中以可复性平足最为多见。如何解释其发病机制并选择恰当的手术方式治疗是目前研究的热点。随着平足体外建模技术的日臻完善,生物力学试验的准确性和可重复性逐渐得到认可,其研究成果也成为临床平足治疗的重要理论依据。本文回顾了胫后肌腱功能不全导致平足的生物力学机制,及以此为基础在尸体标本和有限元模型上建立平足模型的各种不同方法,并对平足矫形相关基础研究中不同重建方法的生物力学特性进行分析比较。作者认为,在牵拉外在肌腱模拟其动力性稳定结构的前提下,采取破坏韧带等静力性稳定装置的方式建立起的可复性平足体外模型更为可靠;针对平足模型采用的各种重建方式的生物力学特性不尽相同,软组织重建应与骨性手术联合使用,而骨性手术需根据畸形程度和特点进行个性化的选择。祝贺本刊顾问胡流源教授荣获2012年IEEE医疗保健技术革新金牌
摘要：近日，IEEE理事会宣布胡流源教授（Dr．Savio L-Y．Woo）获得盛名斐然的2012 IEEE医疗保健技术革新金牌。这枚奖牌由IEEE医学生物工程学会颁发，以嘉奖在医学、生物学及医疗保健技术领域有突出贡献和革新的工程成就。胡流源教授被认为对生物机械学及其在骨外科和运动医学的应用有重要贡献。第十届全国生物力学学术会议暨第十二届全国生物流变学学术会议（2012年10月，成都）征文通知
摘要：全国生物力学学术会议是由中国力学学会／中国生物医学工程学会生物力学专业委员会（分会）主办、我国生物力学领域最具影响力的系列学术会议，每三年举办一次。全国生物流变学学术会议是由中国生物物理学会生物力学与生物流变学专业委员会主办、我国生物流变学领域最具号召力的系列学术会议，华人骨研学会第四届Webster Jee骨形态计量和影像学研讨会 2012年9月18—19日，中国西安（第一轮通知）
摘要：第四届国际华人骨研学会-Webster Jee骨形态计量和影像学研讨会将于2012年9月18-19日在中国的历史文化名城陕西省西安市举行，随后将召开第六届国际骨质疏松和骨研究大会（ICOBR，2012年9月20-23日，西安）。
