PVP/PVA水凝胶力学性能的分子动力学模拟
摘要：目的 从分子微观角度研究复合材料的力学性能及其单组份间发生相互作用的本质。方法 用分子动力学（molecular dynamics, MD）方法模拟研究聚乙烯毗咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）以及其混合体系PVP/PVA的力学性能、径向分布函数等性质。结果 PVP与PVA有机结合之后的混合体系PVP/PVA较纯PVP体系力学性能有了明显的提高，且复合材料的力学性能不受温度的影响；混合体系两单组份间的相互作用主要是通过PVP分子单元中的氧原子与PVA中的羟基形成较强的氢键作用。结论MD分析结果从分子层面揭示PVP/PVA复合水凝胶组份间相互作用机理，其力学性能较单组份PVP水凝胶有较大提高且不受温度影响；为临床制备水凝胶假体组织及其理化性能研究提供了一种可靠的理论研究方法。生理水平流体剪应力对三维多孔支架中成骨细胞力学敏感性及黏附、分化的影响
摘要：目的 构建可以达到生理剪应力水平的三维流动模型，研究流体剪应力对成骨细胞黏附、分化及力学敏感性的影响。方法 利用灌注式流动腔对生长在β-磷酸三钙（β-TCP）多孔支架内的MC3T3-E1成骨样细胞施加不同强度的流体剪应力6 h，比较加载组和静态组的细胞活性表征细胞黏附；一氧化氮（NO）和碱性磷酸酶（ALP）表征力学敏感性和细胞分化。采用流固非线性耦合的数值计算，获得支架内各流量下的剪应力分布。结果 平均剪应力小于0.4 Pa，细胞的黏附率为74% - 81%；0.41 Pa时，黏附率为60.22%。NO的产生率在加载后5 min达到最大，15 min显著降低，30 min后产生率趋近于0。在0.232 - 0.304 Pa平均剪应力强度范围，ALP水平随着剪应力的升高显著增强（P〈0.01）；而在0.304 - 0.412 Pa范围，剪应力增加对ALP水平的改变无显著影响（P〉0.05）。结论 生理水平剪应力条件下，支架内大部分细胞可以维持正常黏附。三维条件下细胞力学敏感性与剪应力变化率成正比，与二维条件的规律相同。支架内平均剪应力小于0.304 Pa，剪应力显著促进细胞分化；大于这一剪应力，细胞分化水平不再明显变化。该研究有望加快骨组织工程的实现。脊柱胸腰段骨折后路经伤椎单节段固定与常规短节段固定的力学性能比较
摘要：目的 应用三维有限元技术构建胸腰椎骨折经伤椎单节段固定及常规短节段固定模型，研究经伤椎单节段固定的生物力学特点，论证其在胸腰椎骨折治疗中应用的可行性。方法 选取青壮年健康男性志愿者，利用CT扫描数据建立脊柱T10~L2正常模型、T12骨折模型以及经伤椎单节段固定和短节段固定模型；分析在轴向压缩、前屈、后伸、侧屈及轴向旋转下各个节段的最大位移差及内固定物的应力情况。结果 骨折模型T10~11、T11~12、T12~L1的最大位移差较正常模型在大多数加载情况时明显增大，经短节段或者经伤椎单节段固定后，该值明显减小，两种固定方式无显著差异。内固定物应力方面：在轴向压缩及前屈时，经伤椎单节段固定模型中螺钉应力明显低于短节段固定；而在后伸、侧屈及轴向旋转时，螺钉应力无明显差异。对于固定棒，轴向压缩及前屈时，两种固定方式无差异；后伸及侧屈时经伤椎节段固定应力高于短节段固定，而旋转时则恰恰相反。结论 对于胸腰段单节段不完全骨折，经伤椎单节段固定可以提供与常规短节段固定相近的生物力学稳定性，是治疗胸腰椎不完全骨折的一种良好的选择。基于坐应力分析的弹射座椅座垫舒适性研究
摘要：目的 研究弹射座椅座垫舒适性与坐应力之间的关系。方法 通过测量不同厚度座椅座垫坐应力分布，探讨接触面积、最大坐应力、平均坐应力几个坐应力客观指标，并结合座垫舒适性主观量表，研究座垫舒适性与坐应力各指标间的关系。结果 接触面积、最大坐应力、平均坐应力与座垫舒适性有显著相关性，而且当座垫厚度超过4 cm后，舒适性不再明显提高。结论 接触面积、最大坐应力和平均坐应力能够很好地反映座垫舒适性，可以采用这些指标对座垫舒适性进行评价，并建议采用弹射座椅的座垫厚度在4 cm左右为宜。管径比对全阻塞动脉旁路移植流场的影响
摘要：目的 研究管径比对全阻塞动脉旁路移植流场的影响，为指导动脉旁路移植手术，减少术后再狭窄提供理论依据。方法 采用数值方法研究5种不同移植管与主血管的管径比对全阻塞情况下动脉旁路移植流场的影响，分析速度、二次流、壁面切应力和壁面切应力梯度等血流动力学参数的分布及其随管径比增大的改变。同时，为表明本文所采用模型的合理性，针对目前常使用的两类模型，比较在管径比1.0情况下全阻塞完整模型（Model A）、全阻塞局部模型（Model B）和75％狭窄完整模型（Model C）之间的血流动力学差异。结果 Model A和Model C的血流动力学特性是完全不同的；移植管顶部截面内的速度分布对下游吻合处的主血管底部壁面切应力的影响是显著的，最大相差达79％。大管径比时，主血管底部的壁面低切应力区较大，但壁面切应力分布均匀，壁面切应力梯度较小。而小管径比时，主血管底部的壁面低切应力区较小，但壁面切应力梯度较大。结论 采用整体模型单独研究全阻塞情况下的管径比对流场的影响是有必要的。管径比对全阻塞动脉旁路移植的流场具有显著影响，采用大管径比进行动脉旁路移植将有助于缓解吻合口处由于再狭窄而产生的阻塞。关节软骨不同层区的率相关性能研究
摘要：目的 采用不同加载速率对关节软骨进行非围限压缩试验，探究其不同层区的率相关性能。方法 采用新鲜猪关节软骨作为研究对象，结合非接触式数字图像相关技术，测试不同加载率下软骨不同层区的力学性能。结果 在恒定加载率作用下，取相同压缩应力时，软骨浅表层的压缩应变最大，深层区压缩应变最小，中间层压缩应变鉴于表层与深层之间；沿软骨厚度方向，从浅表层到深层，软骨的泊松比逐渐增大；不同加载率作用下，软骨的压缩应力 应变曲线不重合，说明关节软骨的压缩力学性能具有率相关性；随着加载速率的增大，软骨的弹性模量呈增大的趋势；取相同压缩应力时，加载率越大，不同层区的压缩应变都减小。结论 关节软骨沿厚度方向，从浅表层到深层的压缩应变逐渐减小，泊松比逐渐增大，软骨不同层区的力学性能具有率相关性。实验研究可为临床软骨疾病预防、治疗提供理论依据，同时对人工软骨力学评价具有重要意义。改良B-T手术不同搭桥方式的血流动力学比较
摘要：目的 通过数值模拟的方法对比分析端对边（end-to-side, ETS）与边对边（side-to-side, STS）两种不同搭桥方式的改良B-T手术（modified blalock-taussig shunt, MBTS）对血流动力学的影响，为临床治疗单心室心脏缺陷综合征提供参考。方法 采集单心室心脏缺陷综合征病人的医学图像，重建病人心脏真实的几何模型；基于虚拟手术操作系统模拟手术过程；采集病人的生理数据，建立病人的集中参数模型（lumped parameter model, LPM）；通过LPM计算提供计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真模型的近生理边界条件；利用有限体积法对模型进行数值仿真。结果 分别获取了ETS模型和STS模型的血液流速以及壁面切应力分布。ETS模型和STS模型的吻合口部位振荡剪切系数（oscillatory shear index, OSI）分别为3.058×10-3和13.624×10-3，能量损失分别为116.5 和94.8 mW，右、左肺动脉流量比RRPA/LPA分别为0.8和1.72。结论 两个模型的能量损失相差不大，对手术的影响相对较小。STS搭桥方式左右肺动脉流量分布均匀，吻合口位置OSI值较小，优于ETS搭桥方式，应着重考虑。本研究为临床治疗单心室心脏缺陷综合征提供重要的理论支持和参考。全腰椎有限元模态分析
摘要：目的 采用三维有限元方法研究人体腰椎的动力学特性。方法 基于CT扫描图像建立并验证全腰椎L1-5节段有限元模型，对全腰椎进行有限元模态分析。结果 提取腰椎的30阶自由模态，获得了腰椎在自由状态下的动态特性：腰椎共振频率分布集中；各阶模态最大振幅急剧变化，L5节段腰椎附近的振幅较大，是腰椎的薄弱环节。结论 腰椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础，确定腰椎的固有频率、振型和振幅等振动参数，对于腰椎的振动特性分析和人机工程设计优化等方面具有重要意义。我刊副主编樊瑜波教授当选美国医学与生物工程院会士
摘要：我刊副主编北京航空航天大学生物与医学工程学院樊瑜波教授以其在生物医学工程领域的卓越贡献，最近当选为美国医学与生物工程院会士。授聘仪式于2014年3月24日在美国首都华盛顿美国科学院演讲大厅举行。不同长度锁钉固定桡骨远端不稳定骨折的生物力学比较
摘要：目的 比较不同长度锁定螺钉固定桡骨远端骨折的术后稳定性及不同时期骨痂和远端螺钉的应力分布情况，为桡骨远端骨折螺钉长度的选择提供生物力学依据。方法 分别建立含骨折断面和骨痂的桡骨远端不稳定骨折的三维有限元模型，并用掌侧锁定钢板和不同长度锁钉固定，通过赋予骨痂不同材料属性来模拟骨折术后不同时期。分析术后不同时期骨痂和远端螺钉的应力分布情况，同时根据骨折断面最大轴向位移计算整个固定系统的压缩刚度。结果 对于相同轴向载荷，75%长度以上单皮质螺钉固定时压缩刚度与双皮质螺钉固定相比基本无差异；术后早期骨痂处最大应力随着螺钉长度增加逐渐变小；术后中后期远端螺钉最大应力随着螺钉长度增加逐渐变大，远端双皮质螺钉应力最大。结论 采用75%长度以上单皮质锁钉固定桡骨远端不仅可以达到早期稳定性，同时也避免伸肌腱并发症的发生。基于剪切波频散超声振动的黏弹性检测系统开发
摘要：目的 为实现离体组织黏弹性检测，建立一套超声黏弹性检测系统。方法 该系统基于剪切波频散超声振动方法，利用超声辐射力激励组织产生谐波运动，然后检测振动产生的剪切波传播特性，从而估算组织的黏弹性值。采用该系统进行标准仿体实验和大鼠肝脏实验，并完成对系统的初步评估。结果 标准仿体的检测结果与仿体标定的弹性系数值接近，大鼠肝脏的黏性系数和弹性系数值分别为（1.12±0.41） Pa？s、（0.81±0.40）kPa。结论 通过标准仿体实验和大鼠肝脏的实验，证明采用该系统进行离体动物实验的可行性，为实现人体肝纤维化检测作初步探索。整合素介导血源性转移中肿瘤细胞与宿主细胞相互作用规律研究进展
摘要：血源性转移（hematogenous metastasis）是肿瘤细胞转移的重要途径之一。肿瘤细胞的血源性转移是一个复杂的病理学过程，肿瘤细胞进入血液并伴随血液循环而运动，同时通过其表面的整合素分子与血液中的白细胞、血小板等相互作用，或直接与血管内皮细胞发生相互作用，并引发一系列的生物学事件，促进肿瘤细胞的转移。许多生物大分子（如整合素、选择素、趋化因子或细胞因子等）参与并介导肿瘤细胞的黏附与迁移过程，进而形成新的肿瘤转移灶。因此，阐明肿瘤细胞血源性转移对治疗肿瘤的恶性转移、提高癌症患者的寿命有着极其重要的意义。本文综述了整合素在肿瘤细胞血源性转移中的作用及其所涉及的信号转途径，并对其未来研究热点进行展望。整合素在肿瘤血源性转移中作用的深入研究将对临床肿瘤药物靶点的发现和癌症患者的治疗有着重要意义。力学影响细胞凋亡及其信号转导机制研究进展
摘要：力学刺激会影响细胞凋亡的发生，进而影响组织器官结构和功能的变化，从而在机体的生理病理过程中起到重要作用，与很多疾病的发生发展密切相关。近年来力对细胞凋亡影响的信号转导机制逐渐开始受到细胞力学研究者的关注，现阶段部分实验研究结果显示力学刺激的形式、强度以及作用细胞种类的不同都会影响细胞凋亡，作用的过程和结果不尽相同。这一过程中的信号通路及其凋亡相关基因和蛋白的表达错综复杂，其中涉及的具体信号转导机制尚不明确。本文就细胞凋亡的特点、相关的信号通路、不同力学刺激对细胞凋亡的影响以及其信号转导通路的现阶段研究进展展开综述。
