医用生物力学杂志
Journal of Medical Biomechanics
- 主管单位： 中华人民共和国教育部
- 主办单位： 上海交通大学
- 影响因子： 0.85
- 审稿时间： 1-3个月
- 国际刊号： 1004-7220
- 国内刊号： 31-1624/R
- 论文标题 期刊级别 审稿状态
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脊椎个性化模型的有限元分析:方法和精度的回顾
近十年来,通过医学图像的处理,建立脊椎个性化有限元模型的方法,随着计算方法的不断提高,得到了很大的发展.本文回顾了各种建模方法并对所生成模型的可靠精度做了评估.模型质量将受到网格密度和生成方法、材料属性分配和应用边界条件等诸多因素的影响.探讨了以上每个因素及其对模型误差所造成的影响.
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绒毛滋养层细胞逆流迁移行为的研究进展
胎盘形成和发育期间,滋养层细胞群体先入侵子宫内膜基质并与毛细血管相接触,侵袭进入毛细血管后继续迁移,后定居于母体螺旋动脉并对其结构进行重建,以确保胎儿胎盘系统得到充足的血液供应.在此过程中,子宫脉管中滋养层细胞迁移的方向与血流方向相反,是一种特殊的逆血流而上的迁移.为更好地了解和认识这种逆流迁移现象,就相关研究中所采用的细胞模型、实验方法及细胞逆流迁移相关调控因素的研究进展等进行了简要综述,以期对绒毛滋养层细胞入侵子宫的相关研究提供理论基础和依据.
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关节软骨细胞和细胞周基质的压缩特性及其对软骨细胞代谢的影响
软骨细胞和细胞周基质(pericellular matrix,PCM)的力学特性对于关节软骨的生理功能具有重要的意义.软骨细胞在压缩应力下表现出黏弹性固体材料特性,其压缩特性具有各向异性和多相性.PCM对软骨细胞具有明显的力学保护作用.压缩应力影响软骨细胞的代谢活动.软骨细胞和PCM的力学特性有许多仍未澄清,尚需进一步的研究.
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基于动物实验的应力与股骨近端生长关系的生物力学模型
目的 建立可数值量化的应力与骨生长生物力学模型.方法 将动物实验、骨生长方程中未知参数的反演识别和计算机技术相结合,研究应力环境对快速生长期大鼠股骨生长与重建的影响,依据大鼠股骨所受外力刺激以及近端骨密度数值的改变,反演骨生长方程中的未知参数B和K.结果 文中所建的生物模型不仅能够数值模拟快速生长期大鼠股骨骨密度变化和外界刺激的关系,而且能够预测大鼠生命周期中某段时间内不同应力环境下股骨的生长趋势.结论 :本文的建模思路和方法为人体骨骼重建适应模型的确立起到提示和借鉴作用.
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血流切应力变化导致颈总动脉重建及其对血管平滑肌细胞凋亡和分化的影响
目的 探讨动脉血流切应力变化对动脉壁形态结构、零应力状态以及血管平滑肌细胞(vascular smooth musclecells.VSMC)凋亡和去分化的影响.方法 结扎大鼠左侧颈总动脉的部分分支,使血液全部经由枕动脉流出,造成左颈总动脉(LCA)低血流和低切应力以及对侧右颈总动脉(RCA)高血流和高切应力状态,以假手术不结扎动脉的动物为正常对照.取LCA和RCA,光镜和透射电镜观察血管壁组织形态学变化;测量血管零应力状态下的张开角;TUNNEL法进行原位细胞凋亡检测;免疫印迹法检测VSMC表型分化标志分子h1-calponin的表达.结果 术后7d,低切应力LCA的内径减小了13%左右,壁厚内径比显著增加,张开角显著减小;内皮下层明显增厚,VSMC凋亡数量显著增加,VSMC表型分化标志分子h1.calponin的表达量显著降低.结论 血流切应力显著降低会在短期内引起血管重建,提示VSMC凋亡和去分化可能是低血流和低切应力导致血管重建的早期事件之一.
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松质骨骨小梁的微观构筑对骨质力学强度影响的实验研究
目的 观察骨质疏松和非骨质疏松状态的松质骨的三维微观结构对其骨强度的影响.方法 16只雌件成年绵羊随机分为去势(OVX)组(8只)和假手术(Sham)组(8只).OVX组行双侧卵巢切除术,假手术组仅显露双侧卵巢,术前测定腰椎骨密度(BMD).术后12个月处步匕动物,测定腰椎的BMD,用环钻钻取椎体松质骨,并行 MicroCT 分析及生物力学测试.结果 去势12个月后,OVX组的BMD较Sham组显著降低.松质骨的骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数目(Tb.N)较Sham组显著降低,表面积体积LL(BS/BV)和骨小梁分离度(Tb.Sp)较对照显著增高.生物力学测试表明,去势12个月后,OVX组松质骨的力学强度显著下降.骨小梁的力学强度与骨小梁厚度(r=0.945,R2=0.886)、骨体积分数(r=0.783,R2=0.586)及面积体积比(r=0.643,R2=0.372)呈线性相关.结论 骨小梁的三维微观结构改变可以影响松质骨的力学强度,两者之间具有一定的线性关系.
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右心室间隔部起搏的生物力学效应及其对血流动力学和血脑肽的影响
目的 比较右心室间隔部与右心室心尖部起搏对血流动力学及血脑钠肽的影响.方法 48例病窦综合征及20例完伞性房室传导阻滞患者,共68例,均植入DDD型起搏器,按心室导线固定部位不同随机分为右心室间隔部起搏(RVS)组和有心室心尖部起搏(RVA)组,对比观察两组安置起搏器前后心电图QRS波宽度和形态,血流动力学参数(包括左室射血分数(LVEF)、心脏指数(CD、每搏量(SV)差异)和血脑钠肽(BNP)的变化;两组病窦综合征患者于术后 3 个月时再行程控优化,继续观察程控优化前后血流动力学参数和血BNP的变化.结果 RVA组起搏心电图Ⅱ导联QRS间期显著长于RVS组(P＜0.05).术前两组 LVEF、CI、SV和血BNP水平均差异无统计学意义.术后3个月时RVA组LVEF、CI、SV较RVS组均有显著降低(均P＜0.05);BNP则较RVS组有显著升高(P＜0.01).RVA组病窦综合征患者程控优化前后相比,LVEF、CI、SV有显著增加(均P＜0.05),BNP有显著降低(P＜0.01),优化后与术前相比,BNP仍有显著升高(P＜0.05).RVS组病窦综合征患者程控优化前后相比,LVEF、CI、SV差异无统计学意义(P＞0.05),但BNP有显著降低(P＜0.05),优化后与术前相比,BNP无显著性差异(P＞0.05).结论 RVA起搏扰乱了双心室电同步,恶化了血流动力学和心功能,RVS起搏尽可能地维持了双心室激动顺序和双心室收缩同步性,对血流动力学影响较小,RVS起搏比RVA起搏更为接近生理性起搏.
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柱状多孔磷酸三钙载体内细胞增殖与流场变化的研究
目的 通过流体力学模型分析三维灌注培养条件下载体内细胞增殖与流场变化的关系.方法 利用灌注型生物反应器对复合骨髓基质干细胞的β-TCP载体进行动态灌注培养,对不同时间段的载体行组织形态学观察和计量,建立灌注系统的流体力学模型,比较载体不同区域细胞增殖速度与流场的关系.结果 细胞在β-TCP载体内增殖速度随培养时间的延长而增加.培养 1 周,大部分区域细胞大多呈单层排列;培养2周,部分孔道已填满了细胞.培养4周,大部分孔道被细胞填满,有些区域细胞数量减少.建立载体随机孔道结构的流体分析模型发现,细胞生长较快区域对应的流速大多住0.14～0.64 mm/s,剪切廊力在0.0029～0.017 Pa.结论 载体内流体环境(流体剪切应力和流速)影响细胞在载体各个部位的生长,细胞生长导致载体内连通流道的结构和大小发生变化,其流体微环境亦随着发生变化,设计有利于成骨转化的载体结构要考虑这一因素.
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骶骨部分切除术后骨盆重建的三维有限元分析
目的 研究骶骨部分切除术后骨盆重建的生物力学特征.方法 分别构建完整骨盆,经S1、S2之间施行骶骨部分切除术后的缺损骨盆和重建骨盆的三维有限元模型.模拟人体坐位时的负荷,研究3种模型的位移与应力分布变化.结果 得到了三个模型中骶岬前方参考点在垂直方向的位移值及整个模型和重建器械的应力分布情况.结论 骶髂关节部位的重建可以增强骶骨部分切除术后骨盆的稳定性,并改变骨盆应力分布,降低骶髂关节应力峰值,减少术后骨盆破坏的风险.L5椎弓根螺钉与髂骨钉之间的钛棒发生断裂的风险较大,提示术中应当重视弯棒操作,避免钛棒过度成角,防止应力过度集中,减少断棒的危险.
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活体牙周膜有限元仿真的可行性研究
目的 通过现代有限元方法研究牙周膜上的静平衡应力状态.方法 提出了两种用于分析牙周膜应力状态的有限元方法,把牙周膜看做足整个下颌模型的一部分,通过有限元方法来处理仿真的牙齿并加载,来研究牙周膜对牙周组织的应力应变分布的作用,计算得到的静平衡应力和牙齿根吸收状念进行比较.结果 牙周膜的大应力发生在接近高点位置,在中跟位置附近存在局部大应力,而牙周膜顶点区域的应力要人于牙周膜中根附近的局部大应力.齿槽顶部的舌侧牙周膜部位可以发现静平衡应力.静平衡应力是和位置有关的,有静平衡应力的部位就会发生牙根吸收.结论 人类切牙和单根前臼齿一样,植入物会导致其牙周膜顶点附近静平衡应力的增长,这一点同之前的发现相一致.人类切牙根吸收经常作用于牙周膜的顶点部位.
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基于图像处理的个性化建模:从医学扫描的高精度计算模型的转换
目的 对于生物力学领域的研究者来说,计算仿真技术已成为一种不可或缺的工具.对于这种工具的性能,至关重要的一点在于其有效模拟个性化问题方面的能力.本文将阐述能将三维数字图像(由CT、超声机或MRI扫描仪生成的)直接转换生成高精度计算模型的一种独特的非常有效的方法.方法 采用的方法主要涉及:基于扫描的数据生成可输出到商业网格器中的表面模型--这种方法非常费时并且不是很精确,事实上对于复杂拓扑结构的影像数据这种方法很难处理:另外一种更加直接的方法是将几何模型的生成和网格划分一次性完成--这种方法先对感兴趣区域(三维图像分割)进行识别分割,然后直接生成基于一种由定义的边界分割的体素的体网格,这种方法被用来在整个体模型生成四面体和/或六面体单元,从而直接划分网格.结果 采用一种基于图像的网格方法来处理问题是非常先进的,也是非常精确有效的.这种基于图像自动生成的网格,其有限元单元模型区域边界正好在等值而上因此其考虑了局部体效应从而能保证局部体素的精确度.结论 对影像数据进行网格化是挑战也是机遇,这种与以往方法思想不一样的方法,在很多例子中,获得了更好的结果.这种能简易生成精确模型的方法,对于当前很多数值分析难以处理的问题诸如血液流体和病人个性化假体设计等提供了新的解决方案.
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髋臼周围肿瘤切除后功能重建手术的仿真建模方法
目的 研究一套髋臼周丽肿瘤切除后重建骨盆环及其内定定系统的精确、快捷的有限元建模方法.方法 首先将第三腰椎至股骨中段及内固定系统行CT扫描后导入医学有限元建模软件Simplewareq中处理,用可视化装配法生成含内同定系统的骨盆环 STL 模型,然后经 Geomagic 软件修补优化后生成实体模型,并对模型的几何精度进行误差分析.后导入Abaqus软件中进行有限元分析前处理,生成重建手术的有限元模型并进行计算分析.结果 建立了包括韧带在内的髋臼周围肿瘤切除后重建手术的有限元模型.模型有较高几何相似性及力学相似性.结论 椎弓根钉棒重建法较理想的代偿了缺损区的力传导途径,术后骨盆结构完整,力学响应稳定;可视化装配法简化了含有复杂内固定器系统的有限元建模过程,高精度的逆向工程软件和优化操作保证了模型的精确度.
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用三维重建和有限元方法对人体心脏进行力学分析
目的 建立人体心脏的三维几何模型和有限元网格模型,进行有限元仿真计算.方法 利用可视化人体心脏数据集,通过3D-DOCTOR软件和SOLIDWORKS软件重建心脏外形和内腔的三维结构数据,以STEP格式导入ABAQUS有限元软件形成网格模型.在有限元网格模艰的基础上进行心脏自振频率、内腔血压等载荷情况下的力学性能分析.结果 建立了一个数字化心脏可视模型,能够反映心脏三维形状和内腔结构;得到了心脏内腔的人致容积;反映了心脏心肌不同区域的不同性质:得到了心脏 3 个方向的自振频率和振型,以及内腔血压下的应力分布.结论 建立了可视化三维心脏的几何和网格模型,反映了心脏的外形和内腔.利用有限元分析方法,能够为心脏的生物力学分析提供可视化的数值仿真平台.
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述评:关节软骨的细胞与分子生物力学
关节软骨是覆盖在动关节骨端表面的一层低摩擦、可承载负荷的水合软组织,其力学件能通过软骨细胞的新陈代谢来维持.物理因素,如关节载荷对软骨细胞的新陈代谢有很大的调节作用.本文对关节软骨和软骨细胞的力学性能和理论模型进行了综述,重点强调物理调节在软骨细胞生物合成和组织维护中的作用,以及在软骨功能性组织工程修复与再生医学中的应用.文中首先描述了关节软骨的分子构成、超微结构及其张力、压力、剪切力等力学性能,着重强调其相互关系.然后,通过介绍已广泛使用的结构模型,即双相和三相混合理论,对组织的力学-电化学行为进行阐述,并着重介绍简化复杂的三相理论的新研究进展.后,对软骨细胞和软骨素的机械性能和理论模型进行回顾总结,从而加深对细胞外基质中软骨细胞内及周围力学-电化学信号的认识.根据混合相理论,关节软骨的流动依赖性和非流动依赖性的粘弹性、溶胀行为和电动特性已经在理论上得到了成功阐述.文献中混合相理论用于软骨细胞以及周围细胞外基质的推广也为体内细胞行为物理调节机制的研究提供了新的思路.总之,应用强大的混合相理论、新的实验技术、新的或常规的办法来研究软骨细胞和基质之间的相互作用,可能有助于关节软骨工程学研究的成功.
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欧洲虚拟生理人
虚拟生理人(VPH)项目由欧盟强力支持,致力于人体生理在各层面的全身完整模型的建立,从器官、组织、细胞和分子水平到基因水平.该项目从STEP项目率先实施,由欧盟资助下的协调行动从2006年初正式启动.作者介绍了VPH项目及其近通过 physiome 平台在世界范围的快速发展.后,着重介绍了VPH项目在骨肌系统的一个子项目-Living Human项目和其在世界各地的类似的研究探索.
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腰椎曲度变直时椎间盘病变的特点
目的 通过分析腰椎曲度变直患者腰椎问盘病变的发生情况,揭示T11～S1各椎间盘的不同类型病变对腰椎曲度的影响.方法 回顾分析腰椎曲度变直组(69例)和对照组(同一年龄组,腰椎曲度正常,共 41 例)T11-S1 各椎间盘病变情况,分别观察椎间盘蜕变、突出、椎间隙狭窄的发生情况,在两组问对部分节段不同病变的发生率进行比较.结果 两组中T11-L2段椎间盘病变的发生率很低,在两组间无法进行统计学处理.L2-S1段椎间盘病变的发生率增高,腰椎曲度变直组除L2-3椎间盘突出和椎间隙狭窄与腰椎曲度正常组比较差异无显著性意义外(P＞0.05),其余节段椎间盘蜕变、突出和椎间隙变窄在两组间差异均有显著性意义(P＜0.05或P＜0.001).结论 腰椎曲度变直组病人下腰段(L2-S1)椎间盘病变发生率明显增高,说明腰椎间盘病变作为局部因素可能是腰椎曲度变直的诱因.
| 年 | 期数 |
| 2018 | 01 02 03 04 05 |
| 2017 | 01 02 03 05 06 |
| 2016 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2015 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2014 | 01 02 03 05 06 |
| 2013 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2012 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2011 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2010 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2009 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2008 | 01 02 03 04 05 06 |
| 2007 | 01 02 03 04 |
| 2006 | 01 02 03 04 |
| 2005 | 01 02 03 04 |
| 2004 | 01 02 03 04 |
| 2003 | 01 02 03 04 z1 |
| 2002 | 01 02 03 04 |
| 2001 | 01 02 03 04 |
| 2000 | 01 02 03 04 |
