应用有限元检测植入器械的可行性分析
摘要：传统的植入器械机械性能检测，主要通过力学试验装置完成；而这种方式抽样时对系列产品缺少针对性，在实际测试中耗时耗力。随着有限元计算分析技术的日益完善和成熟，将有限元方法引入质量监督检测，将成为一种节约资源、缩短时间、并能提高针对性的科学手段。本文通过实际检测案例及试验，证实了有限元分析在系列产品中最危险样本选择、已上市产品失效原因分析及辅助优化疲劳试验中的可信性，说明了在植入器械检测中建立有限元分析检测能力的可行性；同时为保证有限元方法在植入器械检测中应用的准确性和可靠性，提出了建立有限元法相关标准的要点。Rab28 相关信号通路在低切应力诱导血管平滑肌细胞迁移中的作用
摘要：目的 研究低切应力（low shear stress, LowSS）诱导的血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）迁移功能异常在动脉粥样硬化血管重建病理过程中的作用及其分子机制。 方法 应用双向凝胶电泳结合质谱分析的差异蛋白质组学方法，研究1.5 Pa正常切应力（normal shear stress, NSS）与0.5 Pa LowSS条件下培养血管组织的蛋白质差异表达谱。应用血管内皮细胞（endothelial cells, ECs）与VSMCs联合培养的平行平板流动腔系统，分别施加NSS和LowSS，Western blot检测ECs与VSMCs的Rab28表达水平以及VSMCs的磷酸化ERK表达水平；Transwell法检测VSMCs的迁移能力；RNA干扰和PD98059分别特异性抑制VSMCs的Rab28表达和ERK磷酸化，再观察VSMCs迁移能力变化。结果 血管差异蛋白质组学的结果发现，与NSS组相比，Rab28在LowSS组血管组织的表达水平明显升高。细胞实验结果显示，LowSS加载明显上调VSMCs的Rab28蛋白表达、VSMCs迁移和ERK磷酸化。静态条件下RNA干扰抑制单独培养VSMCs的Rab28表达，VSMCs迁移能力明显降低，但ERK磷酸化水平无明显变化；应用PD98059特异性抑制VSMCs的ERK磷酸化，VSMCs迁移能力和Rab28表达水平均明显降低。结论 LowSS可能通过上调VSMCs的ERK磷酸化水平引起Rab28表达水平增加，从而诱导VSMCs迁移。探讨Rab28及其相关信号通路在切应力调控VSMCs功能中的作用及其机制，可能为深入理解动脉粥样硬化血管重建疾病发病机制和寻找新的药物治疗靶点提供力学生物学依据。持续张应力大鼠骨髓基质干细胞骨向分化影响的基因芯片分析
摘要：目的 通过基因芯片技术研究持续张应力作用下大鼠骨髓基质干细胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）成骨分化中基因表达差异。方法 体外分离及培养大鼠BMSCs，使用Flexercell应力加载系统进行频率1 Hz、幅度10 %持续张应力加载6 h。检测持续张应力下大鼠BMSCs差异表达基因谱，并通过qRT-PCR对部分芯片结果进行验证。结果 加力组与对照组相比差异表达基因共有1 244条，其中上调基因793条，下调基因451条。基因本体论（gene ontology, GO）分类发现差异表达基因主要涉及多器官发育、细胞分化、细胞趋化、黏附等功能。Notch、Wnt、FGF及IGF 4条通路可能参与力学诱导下BMSCs成骨分化过程。差异表达基因的PCR验证结果与芯片结果保持一致。结论 张应力可诱导BMSCs骨向分化，而基因芯片筛选出的差异表达基因可能是力学刺激诱导骨向分化的作用靶点。滑动载荷作用下关节软骨不同层区的法向位移
摘要：目的 获得滑动载荷作用下关节软骨不同层区的法向位移分布，探讨压缩应变、滑动速率和滑动次数对不同软骨深度法向位移的影响。方法 以新鲜猪关节软骨为研究对象，采用非接触式数字图像相关技术，对滑动载荷作用下软骨不同层区的法向位移分布进行研究。结果 滑动载荷作用下，关节软骨表层的法向位移最大，深层的法向位移最小，中间层的位移介于二者之间；随着压缩应变的增大，沿软骨厚度方向的法向位移都增大，并且表层的法向位移增加幅度最大。滑动速率越大，软骨沿厚度方向的法向位移越小。在不同的滑动次数下，法向位移随滑动时间的进行都呈上升趋势；随着滑动次数的增加，不同滑动时间时的法向位移都增大，并且发现从第1次到第2次滑动时法向位移增大最明显。结论 滑动载荷作用下，软骨不同层区的法向变形有差异，不同层区的法向位移随着压缩应变、滑动速率和滑动次数的变化而变化。本研究可以为临床软骨疾病治疗和软骨缺损修复等方面提供依据，同时对人工软骨结构组成、人工构建、力学功能评价有重要意义。《医用生物力学》2011年度“最高被引论文奖”结果公示
摘要：为促进学术交流，鼓励生物力学科研工作者踊跃投稿，不断提高本刊的学术质量，本刊从2012年起开展了《医用生物力学》优秀论文评选活动。2014年1月初，本刊编辑部委托中国科学院上海科技查新咨询中心对本刊2011年发表的86篇论著文章进行检索，检索的数据库为中国引文数据库（CNKI）、不同桩核冠修复上颌中切牙的三维有限元模型建立及应力分析
摘要：目的 建立4种不同修复上颌中切牙根管的有限元模型，研究不同桩核材料及根管重塑对上颌中切牙应力分布的影响，为临床应用提供理论参考。方法 采用CBCT 扫描、Mimics软件、Rapidform.xor3、Solidworks软件和Ansys Workbench软件建立4种修复系统的有限元模型，模拟咬合加载，计算Von Mises应力。结果 建立4种包含牙本质、全瓷冠、底层冠、桩核、牙胶尖、牙周膜、粘接剂及牙槽骨的上颌中切牙修复的精细的三维有限元模型。分析表明桩核材料及粘接剂性能影响牙本质Von Mises应力分布；桩的弹性模量越大，牙本质Von Mises应力越小。其中钴铬合金桩的牙本质Von Mises应力最小，为23.15 MPa。结论 通过建立不同修复上颌中切牙根管的有限元模型并进行应力分析，可以预测不同材质和结构桩核冠修复系统对上颌中切牙应力分布的影响，为修复系统的临床应用提供依据。《医用生物力学》杂志征稿、征订启事
摘要：《医用生物力学》杂志由中华人民共和国教育部主管、上海交通大学主办，是国内唯一一本公开发行，积极反映生物力学基础研究与应用研究成果，推动国内外学术交流，促进医、生、理、工各学科相互了解和合作为目的学术性刊物。报道内容主要包括生物力学领域中有关力学生物学、器官．组织生物力学、正常步态周期中髋臼周围区域的应力分布及其在 THA 髋臼重建中的指导
摘要：目的 研究健康成人步态周期中髋臼周围内外应力分布基本规律，探求这些规律对全髋关节置换（total hip arthroplasty, THA）髋臼侧重建的临床指导作用。方法 采用CT 扫描获取1名男性和1名女性健康中年志愿者骨盆与股骨近端数据并构建三维模型。通过基于CT值计算材料弹性模量的非均匀材料赋值方案及其收敛性分析为各个有限元网格单元独立赋值。根据正常步态行走中髋关节接触力在步态周期中的动态变化施加载荷条件。以模型内外节点的Von Mises应力为标准进行结果判断。结果 在正常步行中，从男、女志愿者髋骨外表面看，应力主要从髋臼后上方沿髂翼后外侧经坐骨大切迹传递至耳状面，应力最大值出现在坐骨大切迹附近；从男、女志愿者髋臼上、中、下3个剖面看，应力在髋臼后上方的骨皮质与骨松质均有分布，而在髋臼的前柱与后柱，应力则主要分布于骨皮质上。结论 根据健康成人髋臼周围正常步态应力传递与分布规律，选择更合适大小的髋臼假体以及更精确地控制髋臼假体的安放位置有助于获得更符合正常步态应力分布的髋臼重建方案。深圳市个性骨科技术与制造服务平台
摘要：本平台是建立在中国科学院深圳先进技术研究院与深圳市第二人民医院、深圳市博恩医疗器材有限公司等医院与企业密切合作基础上的研究机构，本着“互惠互利、优势互补、协同发展、共创辉煌”的原则，为打造产学研医工联合的现代转化医学研发平台，提高珠三角乃至全国医用生物材料及器械研发的水平，建立全面合作伙伴关系，共同推进各方在生物医用材料、医疗器械以及内植物等产品研发中的战略合作。基于 X 射线相位衬度成像技术的兔眼球血管重建
摘要：目的 利用X射线相位衬度成像技术构建兔眼血管网的三维可视化模型，观测兔眼虹膜血管的形态学特征。结果 用硫酸钡对新西兰白兔眼球血管进行造影，利用X射线相位衬度成像技术采集离体兔眼样本的高精度投影图像。图像经由滤波反投影法重建出断层图像，利用Amira 5.2.2软件进行三维重建。方法 高精度投影图像中眼球主干血管清晰连贯，能够观测到部分细小血管的分布及走向，可分辨的最小血管直径约为10 μm；CT扫描图像三维重建后得到兔眼血管网的三维模型，精确到虹膜动脉大环4级分支结构，最小血管直径可达40 μm。结论 利用X射线相位衬度成像技术可以比较清楚地观察到兔眼血管，并且能够在一定程度上构建出血管网的三维可视化模型，为眼球内血管血流动力学分析提供依据，对青光眼的临床研究具有参考价值。人体二尖瓣建模及生物力学分析
摘要：目的 建立人体心脏二尖瓣仿真模型，模拟二尖瓣闭合的工作过程，分析二尖瓣各组件应力分布，探讨二尖瓣瓣叶和腱索的相互作用，并探寻腱索受力大小与腱索粗细之间的相关性。方法 构建二尖瓣几何模型，在此基础上定义模型单元类型、材料属性、接触、载荷及约束，建立有限元模型，计算模型的应力、速度和位移等参数。结果 瓣膜上的应力分布不均匀，后瓣叶亚区之间的裂口位置所受应力最大；不考虑腱索连接至瓣叶时，瓣叶负载后外翻至心房一侧；考虑腱索连接至瓣叶时，前、后瓣叶关闭良好；各腱索受力不同，与前瓣叶相连的支持腱索受力最大，腱索受力大小与腱索粗细之间的线性相关系数为0.954。结论 瓣叶中心和后瓣叶亚区之间的裂口两处应力较大区域是临床上二尖瓣裂的常发生部位；与瓣叶相连的腱索可在瓣叶负载时，施加牵拉力使瓣叶不致发生翻转，前、后瓣叶恰好关闭；解剖结构粗壮的腱索受力较大。流体剪切应力对晚期内皮祖细胞生物学功能的影响
摘要：目的 研究流体剪切应力处理对晚期内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）体外及体内生物学功能的影响。 方法 密度梯度离心法分离大鼠骨髓单核细胞，应用EGM-2MV进行体外培养。以3-4代的EPCs，即晚期EPCs为靶细胞，对其施以1.2 Pa剪切应力处理。采用EdU标记技术、黏附能力测定实验、改良的Boyden小室、Annexin V/PI、β 半乳糖苷酶检测法、Matrigel法、荧光定量RT PCR等方法分别检测剪切应力对晚期EPCs增殖、黏附、迁移、凋亡、衰老、体外成血管及VEGF mRNA表达等生物学功能的影响。应用大鼠颈动脉损伤模型及细胞原位移植等实验手段检测剪切应力预处理对晚期EPCs修复受损内皮的影响。结果1.2 Pa剪切应力处理可不同程度提高晚期EPCs的增殖、黏附、迁移及成血管能力（P＜0.01），上调VEGF的基因表达，抑制晚期EPCs的衰老及凋亡（P＜0.01）；移植经剪切应力预处理的晚期EPCs可加速损伤内皮的修复，减缓内膜的增生。结论 流体剪切应力可改善晚期EPCs的功能活性，提高晚期EPCs修复损伤血管内皮的能力， 这为EPCs的临床应用及剪切应力介导的细胞疗法提供了实验依据。基于有限元单侧上颌骨缺损修复材料的生物力学研究
摘要：目的 采用三维有限元分析方法研究不同修复体材料对上颌骨单侧缺损修复的生物力学影响。方法 利用医学图像处理软件MIMICS重建单侧缺损上颌骨模型，采用镜像技术生成修复体模型，经模型处理最终建立单侧缺损修复的上颌骨有限元模型及健康上颌骨有限元模型，并模拟口腔咬合状态下上颌骨受力状态。结果 不同修复材料修复上颌骨的最大应力都集中在与颧骨连接的上颌骨边缘，即颧小肌与提口角肌附着位置。利用三磷酸钙（TCP）复合材料修复后，修复侧的上颌骨边缘应力最小为8.471 MPa；利用羟基磷灰石（HA）修复后，修复侧的上颌骨边缘应力最大，达到17.55 MPa。结论 不同修复材料对修复后上颌骨健侧受力影响不显著，对修复侧受力影响较大。弹性模量的大小可作为临床上用于缺损上颌骨修复的材料选择依据。基于血液流量波及 Womersley 算法的动脉血液脉动流研究
摘要：目的 建立相对便利的血流动力学理论研究体系，进行多状态的综合血液脉动流研究。方法 在完全发展脉动流Womerseley算法的基础上引入数值算法，建立基于心动周期里动脉血液流量波的血流动力学求解及分析体系；进而采用理想化的正弦波以及正常生理状态和增强型体外反搏（enhanced external counterpulsation EECP）状态下的在体测量小猪颈动脉血液流量波，进行较全面的血流动力学研究。结果 对各状态下的轴向速度分布、壁面切应力（wall shear stress, WSS）分布、震荡剪切指数（oscillatory shear index, OSI）等重要血流动力学量进行心动周期里的求解分析。流量波波形对WSS分布尤其是OSI水平有一定的影响；EECP作用能明显提升心动周期里的动脉WSS水平尤其是WSS峰值，同时也提高了OSI水平。结论 所建立的基于血液流量波的求解体系能方便有效地应用于血流动力学研究中；EECP作用在生理范围内大幅提升动脉的WSS水平可能是其良好临床效果的最重要生物力学机制之一；作为当前备受关注的血流动力学指标，OSI对于动脉内皮功能的影响作用可能远小于WSS本身，OSI可能并不是理想的预测动脉粥样硬化病变的血流动力学指标。脑组织本构模型及其生物力学特性分析
摘要：在交通事故中，颅脑损伤因其高发率和高致命率成为最严重的损伤。颅脑有限元模型成为开展头部损伤研究的重要工具。模型中脑组织所应用的本构模型及材料属性是决定颅脑损伤预测结果的关键因素。本文旨在针对应用于模拟脑组织的本构模型和材料属性进行综述，从而深入理解脑组织生物力学特性，为颅脑损伤的有限元研究提供参考。
