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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基于Zener模型的生物组织剪切模量测量
目的 克服基于Voigt模型的超声振动检测方法的不足,使用Zener模型更加准确地测量生物组织剪切模量,为组织定征提供有效的手段.方法 利用基于力学模型本构关系的剪切波传播速度公式,在获得剪切波在多个频率上速度的前提下,通过数学方法估计出介质的剪切模量.实验对象为不同浓度的凝胶模型和不同程度热力学损伤的猪肝脏,通过超声辐射力振动产生剪切波,获取剪切波在不同实验介质中的传播速度.结果 分别用Voigt模型和Zener模型对速度值进行拟合,结果均显示Zener模型描述的准确性更高,并且所估计出的剪切模量能够很好地区分不同浓度的凝胶模型或不同损伤程度的猪肝.结论 本方法为无创测量生物组织剪切模量提供了潜在的手段,对医学上的组织定征和疾病诊断有着重要的意义.
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食指力量对指浅屈肌运动单元募集模式的影响
目的 检测不同食指力量水平下指浅屈肌运动单元的募集模式.方法 设计食指20％、40％、60％大随意收缩力量(maximum voluntary contraction,MVC)3个单指力量输出任务,采用8×1(行×列)阵列电极采集8名受试者的指浅屈肌sEMG信号,利用快速独立分量分析算法提取sEMG信号中运动单位动作电位(motor unit actionpotential,MUAP)信息,分析不同类型MUAP发放模式与力量的相关性.结果 在原始信号中成功提取4种MUPA,且随力量水平的增加,MUAP总数目呈现递增趋势；不同力量水平下,4种类型MUAP所占比重不同,且随力量变化趋势不同.结论 不同力量水平下,指浅屈肌改变运动单元募集模式以产生相应肌力.
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虚拟心脏搭桥手术模型雕塑系统的研究
目的 利用力反馈装置在虚拟三维环境中实现抓取和变形等操作,模拟心血管手术中的血管搭桥术式.方法 利用医院中真实病人的CT扫描数字图片重建出心脏可视化模型并进行显示,建立搭桥血管,然后利用力反馈装置对血管模型进行雕塑,以模拟Fontan手术中从肺动脉到右心室的血管搭桥手术.结果 在虚拟三维环境中显示心脏的空间结构,选择任意长度和直径的血管进行虚拟搭桥仿真,或选择自定义大小的补片对模型进行修补,终得到术后模型和测量参数.结论 力反馈装置在虚拟心脏搭桥手术中的应用为今后模拟各种手术术式、建立包含力学特性的手术规划系统奠定了基础.
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减重步行康复训练机器人的设计及其临床应用
目的 为提高减重步行训练机器人的临床应用,进一步促进康复机器人的实际应用与推广提供方法和措施,针对以往步行训练机器人临床应用性不强的问题,提出一种操作简单、结构灵活、实用性强的下肢康复机器人设计方案.方法 利用模块化、集约化的设计方法,从人机工程学、康复医学、机械设计等方面对机器人整体进行穿戴式外骨骼、减重训练架、自适应跑台、悬吊背心等功能模块的划分和设计.同时,结合理论计算与SolidWorks有限元仿真,对机器人的关键部位进行优化分析.结果 经过实体样机加工和初步临床实验,验证了该减重步行康复训练机器人设计的可行性和科学性.结论 本次临床应用性设计研究可以提高减重步行训练机器人的实用性,可以为类似的研究和设计提供参考.
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周期性机械拉伸对类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞增殖的影响
目的 探讨周期性机械拉伸对类风湿关节炎成纤维样滑膜细胞(RA-FLSs)增殖能力的影响.方法 实验组细胞在周期性机械拉伸频率为1.0 Hz、拉伸幅度为3％、6％和9％的条件下,分别对RA-FLSs加载2、6和12 h.对照组细胞在保持与实验组培养条件一致的情况下不进行拉伸刺激.机械拉伸后,用流式细胞术和MTS检测细胞的增殖和活性.RT-PCR检测加载后细胞周期调控因子(CyclinD1、CyclinE1、CDK2、P27)在基因水平上的表达变化.结果 6％和9％的拉伸刺激持续作用6、12 h使RA-FLSs增殖和活性显著降低(P＜0.05),同时CDK2和CyclinE1的mRNA表达降低,P27 mRNA的表达增高(P＜0.05),周期性机械拉伸对CyclinD1表达的影响相对较小.结论 周期性机械拉伸对RA-FLSs增殖能力的影响与拉伸强度以及持续的时间有关,6％和9％的机械拉伸刺激可以抑制RA-FLSs的增殖,而这种增殖抑制作用可能是通过调控CyclinE1,CDK2和P27的表达来实现的.本研究对于探讨力学刺激在类风湿性关节炎的发病机制以及临床防治中的作用具有一定意义.
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前后路重建治疗Ⅱ型Hangman骨折对颈椎稳定性的影响
目的 评价颈前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术重建上颈椎稳定性的生物力学性能,并与临床常用的C2 ～3开槽植骨融合钢板内固定术、后路椎弓根螺钉内固定术作对比.方法 6例新鲜尸体上颈椎标本(含C2～4),在标本完整(完整组)、C2双侧椎弓峡部切断加C2 ～3前纵韧带切断加C2 ～3椎间盘切除(Hangman骨折组)、后路C2双侧椎弓根螺钉内固定(后路固定组)、前路C2～3植骨融合内固定术(前路内固定组)以及前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术组(前路椎体切除+内固定组)状态下,依次用脊柱三维运动测量系统测试其C2～3、C3 ～4节段分别在0.5、1.5、2.5N·m力矩下的运动范围(rage of motion,ROM),并行统计学分析.结果 (1) C2～3节段:前路内固定组和前路椎体切除+内固定组在0.5、1.5、2.5 N·m力矩载荷下的6个方向上,ROM值较完整,Hangman骨折组、后路固定组均明显减小(P＜0.05),前路内固定组与前路椎体切除+内固定组间比较无显著性差异.后路固定组在各种载荷条件下6个方向ROM均较完整组大(P＜0.05).后路固定组在各种载荷条件下前屈和后伸时与骨折组无显著性差异,在所有载荷条件下左右旋转及2.5N·m力矩载荷下左右侧屈时与骨折组间存在显著性差异(P＜0.05).(2) C3～4节段:除前路椎体切除+内固定组外,其余各组在各种载荷条件下6个方向ROM各组间无显著性差异.在各种载荷下前路椎体切除+内固定组6个方向ROM明显较其余各组小(P＜0.05).Hangman骨折组、后路固定组、前路内固定组中,虽然前路内固定组在各个方向上ROM较其他组略大,但无统计学意义.结论 从生物力学观点来看,前路C3椎体大部分切除、植骨融合钢板系统内固定术固定伴有C2 ～3节段前纵韧带、椎间盘损伤的Ⅱ型Hangman骨折较C2后路椎弓根螺钉固定更为适当和稳定,是治疗伴有C2 ～3椎间盘损伤的Ⅱ型Hangman骨折的一个合适选择.
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时域有限差分法研究长骨中的超声导波
目的 基于时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法研究长骨弹性模量对超声导波传播特性的影响,为早期骨质疲劳的超声导波检测方法提供理论依据.方法 对长骨进行理论建模,并对不同弹性模量下的长骨模型进行FDTD仿真；通过对仿真数据的分析,计算出不同模式导波的相速度、群速度、中心频率及能量等特性参数.结果 长骨的弹性模量与超声导波的传播特性参数密切相关,各个导波模式的相速度、群速度、中心频率和能量均随弹性模量的减小而减小,其中L(0,5)模式的变化趋势为显著.结论 超声导波的传播特性参量能够反映出长骨弹性模量的变化,进而为长骨早期疲劳诊断提供了一种可能的方法.
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血红细胞在渗透实验中的变形分析
目的 数值模拟血红细胞在渗透实验中的变形具体全过程并寻找渗透压临界值.方法 建立细胞的壳体模型,采用Neo-Hookean应变能形式的超弹性本构关系,采用文献提供的细胞膜剪切模量实测数据,使用有限元软件ABAQUS进行计算.结果 得到了在血红细胞渗透实验中细胞膜受渗透压作用而逐渐变形的全过程,发现当渗透压增加到50～60mPa时,细胞膜由双凹形迅速变成椭球形.该渗透压临界值落在文献给出的计算结果范围内.同时得到了在该临界值两侧细胞膜的Mises应力分布图.结论 血红细胞由双凹形变成椭球形的临界渗透压为50 ～60 mPa.采用壳体模型以及Neo-Hookean形式的超弹性材料本构关系进行血红细胞渗透实验的数值模拟,可以较好地展示血红细胞在渗透实验中的变形全过程.
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支架置入椎动脉开口处狭窄后突出距离的血流动力学分析
目的 探讨支架置入椎动脉开口处狭窄后突出到左锁骨下动脉的距离对局部血流动力学的影响.方法 分别构建未置入支架(模型1)以及置入支架无下移(模型2)、下移1 mm(模型3)、2 mm(模型4)、3 mm(模型5)的椎动脉模型.利用计算流体力学方法进行数值模拟,比较不同模型的血流流速、壁面切应力等血流动力学差异.结果 支架置入术后,模型2的支架段壁面切应力降低85.33％、血流速度降低35.36％、旋动流现象消失.支架下移不同程度的几个模型相比,狭窄段的壁面切应力相差大0.76％、血流速度相差大0.45％.结论 支架的置入椎动脉开口狭窄后的血流动力学变化显著,而支架下移距离对椎动脉流速和壁面切应力的影响不明显.
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牛膝关节软骨的力学承载特性及其有限元仿真分析
目的 分析软骨的压缩变形行为和液相力学承载特性的关系.方法 利用压痕实验测定牛膝关节软骨在不同压头直径、不同载荷下的压缩变形位移,建立有限元模型模拟关节软骨内部液相流动及承载特性.结果 模拟压缩位移与实验结果大相对误差为1.73％,在相同载荷作用下,随着压头直径的增大,软骨的弹性模量与渗透系数随之增大；在相同压头直径作用下,随着载荷的增大,软骨的弹性模量与渗透系数随之减小.载荷作用在软骨上,软骨内部液相主要在软骨内流动,随着载荷的持续,液相逐渐向软骨外流动.软骨表面的孔隙压力、轴向应力、径向应力由于液相的流动呈非线性变化.结论 软骨表面的液相流动、孔隙压力及应力分布等影响软骨表面的承载特性；在不同压头、不同载荷下,软骨的承载特性有较大差异.
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基底硬度与细胞因子TGF-β1协同作用对肝细胞表型的影响
目的 通过建立与肝组织生理和病理硬度相当的体外培养模型,探讨基底硬度和TGF-β1协同作用对肝细胞表型变化的影响.方法 采用免疫荧光显微观测技术及Western Blotting等试验方法,研究肝细胞在不同硬度梯度的聚丙烯酰胺基底膜上的细胞形态调整、运动变化特征、骨架构象以及整合素、E-钙粘素、白蛋白和alpha-平滑肌动蛋白表达的差别,并通过图像分析软件对上述结果进行定量分析.结果 3.6 kPa基底膜上单个分散细胞运动变形活跃,但群体细胞极化变小,肌动蛋白沿皮质下呈环状排列,E-钙粘素和白蛋白表达高,整合素和alpha-平滑肌动蛋白的表达水平较低,加药组与对照组变化趋势一致；30 kPa基底膜上细胞运动变形欠活跃,加药组与对照组相比,E-钙粘素和白蛋白表达均下调,alpha-平滑肌动蛋白表达上调；30 kPa与3.6 kPa对照组相比、30 kPa与3.6 kPa加药组相比,E-钙粘素及白蛋白表达均下调(P＜0.05),alpha-平滑肌肌动蛋白的表达上调(P＜0.05).10 kPa基底膜上对照组和加药组与30 kPa和3.6 kPa对照组和加药组相比,均无显著性差异.结论 基底硬度增加可诱导肝细胞表型转化,并促进TGF-β1对肝细胞代谢行为的影响.
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不同咬合方式下人体下颌骨膜下种植体的生物力学特性
目的 研究骨膜下种植体在4种咬合力作用下的生物力学特征,为临床病例骨膜下种植体个性化设计提供基础.方法 在下颌骨三维实体模型的基础上,分别建立网状基底骨膜下种植体(种植体1)和带状基底骨膜下种植体(种植体2).研究在4种荷载作用下两种种植体的应力分布.结果 种植体1在荷载Ⅳ作用下大应力可达230.42 MPa,种植体2在荷载Ⅰ作用下大应力可达311.11MPa.网状基底种植体具有较好的抗垂直荷载能力,而带状基底种植体具有较好的抗斜向荷载能力.结论 在种植体设计时可以通过合理布置基台个数和间距来有效控制种植体上的应力,同时应使基台与下颌牙槽嵴垂直,以保证斜向荷载水平分力不被放大.此外,还应保证基底对基台有足够的约束,避免因约束不足导致基台底部应力过大.在义齿制作过程中,应保证全口义齿做正中、前伸、侧方咬合时必须多点接触,使咬合处于平衡(牙合)状态,达到减小接触面拉应力的目的.
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利用有限元分析股骨颈骨折内固定术后前倾角变化对股骨近端力学的影响
目的 探讨股骨颈骨折闭合复位空心螺钉内固定术后不同股骨颈前倾角对股骨近端力学分布的影响,为临床中内固定术解剖复位的重要性提供生物力学依据.方法 采用16层螺旋CT扫描正常成人髋关节数据,基于三维重建软件和CAD软件,分别建立Pauwells角为70°的股骨颈骨折空心螺钉内固定术后前倾角为0°、5°、10°、15°、20°的股骨近端三维有限元分析模型,对所有模型施加人体缓慢行走时的载荷和约束,观察不同模型间股骨近端结构应力分布的变化.结果 当前倾角未改变时(10°模型),股骨所受应力、产生的位移及发生的等效应变小,股骨近端大应力值为1.7 MPa,产生的位移为1.1 mm.随着前倾角的增大或减小,股骨近端所承受的有效应力及产生位移呈逐渐增大趋势.当前倾角为20°时,股骨近端及螺钉所受应力大；当前倾角为0°时,股骨近端产生的位移及发生的等效应变值大.股骨近端应力集中的部位由股骨距区域转移至头颈交界处的外上方.3枚空心螺钉承受的应力较周围骨组织高,下方螺钉承受的应力较上方两枚螺钉明显增高.结论 股骨颈骨折闭合复位空心螺钉内固定术中恢复前倾角达到解剖复位至关重要；股骨颈骨折术后生物力学因素的改变可能在术后股骨头坏死中起一定作用.
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去细胞真皮基质的黏弹性研究
目的 通过对比分析皮肤的物理参数值评价去细胞真皮基质的黏弹性性质.方法 将清洁级日本大耳白兔背部皮肤进行3种不同的创面处理,分别为薄自体皮加上去细胞真皮基质移植到创面组(PADM组)、薄自体皮原位回植组(TS组)、正常皮肤真皮组(NS组).对该3组皮片进行应力-应变关系的实验.结果 从PADM、TS、NS 3组皮肤的应力松弛曲线、蠕变曲线和应力-应变关系曲线可知,在一定应力下,PADM组的应变小,NS组的应变大,TS组居于两者之间.结论 皮肤的黏弹性力学模型是4参量黏弹性模型.用去细胞真皮基质作为皮肤替代物移植到皮肤创面后,该植皮的弹性较差,变形后的恢复能力也较差,与临床结果相符合.
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拦阻着舰过程中飞行员头颈部的动力学响应
目的 分析航母舰载机拦阻着舰过程中飞行员在佩戴和不佩戴头盔时的头颈部动力学响应以及主要肌肉应变量.方法 建立包括头部、7个颈椎和2个胸椎共10个刚体的人体头颈部的多体动力学模型；采用集总参数法描述韧带、椎间盘等软组织的力学特性；应用非线性应力-应变关系描述人体头颈部15组肌肉的力学特性.采用多组汽车碰撞过程人体头颈部动力学响应实验数据对模型进行验证.结果 获取了拦阻着舰过程飞行员头部的过载曲线和15组肌肉的应变,结果表明颈夹肌拉伸程度大,在不佩戴头盔时其应变可达50％,佩戴2.7 kg头盔时其应变可达56％.结论 佩戴防护头盔会增加飞行员在拦阻着舰过程的颈部肌肉拉伸,仿真结果可用于进一步的损伤评估.
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中国男性青年人群的操作力测量与分析
目的 建立中国男性青年人群的操作力数据库,为作业环境下的操作力设计提供基础数据.方法 在东北、华北、西北、西南、东南、华中、华南7个自然地域采集843名青年男性的人体测量和操作力数据,测量旋力、背力、不同施力方向上(推力、拉力、内扳力、外扳力)的臂力及同一施力方向不同肘部弯曲角度的臂力.对数据进行统计分析,并与国内外相关研究进行对比.结果 臂力的4个施力方向上,推力大于拉力,内扳力大于外扳力,推力大,外扳力小；在相同的施力方向上,推力和拉力随着肘部角度的增大而显著性增大,内板力和外扳力随着肘部角度的增大而显著性减小；操作力之间存在着显著的相关性；人体测量参数中,体重和操作力之间有显著的相关性,而人体测量参数与操作力的相关性较弱；与西方国家的数据相比,我国青年人的操作力偏小.结论 通过全国范围内的采样,建立了我国男性青年人的操作力数据库,研究结果为人机系统中操作力的设计提供基础数据的支持,也为工效学研究人员、职业健康工作者以及康复研究人员提供参考.
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辛伐他汀对增龄大鼠椎体骨形成功能的影响
目的 观察辛伐他汀对增龄大鼠腰椎椎体骨形成功能的影响,评价辛伐他汀对躯干骨骼的骨质疏松是否具有预防和治疗作用.方法 15月龄雄性SD大鼠60只,分为剂量组(以不同剂量辛伐他汀5、10、20、40 mg/kg/d进行灌胃)、对照组(灌服等量生理盐水)和基线组(于灌胃开始时即处死取材)共计6组,每组10只.3个月后分别行腰4椎体的双能X线骨密度测试、矿化沉积率测定、周围定量CT(pQCT)纵向扫描和第5腰椎椎体的生物力学压缩测试.结果 10 mg剂量组的骨密度、矿化率及pQCT测量值较高,但与对照组相比无统计学差异；10 mg和20 mg剂量组骨骼的材料特性略好于对照组,但无统计学差异.结论 10 mg剂量组(相当人体口服辛伐他汀12～24 mg/d)在多数指标中好于其他剂量组,但未发现明显统计学差异.说明辛伐他汀对增龄大鼠的躯干骨骼并不具有明显的骨形成促进作用,即对脊柱椎体的骨质疏松并不具有预防和治疗的作用.
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软骨组织无约束压缩的有限元分析
目的 采用有限元仿真和实验对比分析关节软骨的承载机理和应力松弛效应.方法 考虑关节软骨基质固相、孔隙液相和胶原纤维增强相,并综合考虑软骨分层结构以及关节软骨渗透率随固体基质膨胀率变化特性,建立关节软骨纤维增强多孔弹性有限元模型.基于该模型,应用ABAQUS软件和FORTRAN语言编程嵌套,对关节软骨无约束阶梯压缩进行有限元仿真.应用自行研制的生物力学性能测试系统,通过阶梯加载实验对生猪软骨有限元分析结果进行了实测对比.结果 试件以0.45％/s应变速率阶梯加载时,在试件中心,液相可维持承载80 s左右,大可承担近90％的总应力.结论 基于纤维增强多孔弹性有限元模型的无约束阶梯压缩有限元分析可定量评价关节软骨的固、液两相承载能力随应变和时间的变化特性.结合软骨无约束压缩实验的仿真分析有助于更准确地评价软骨的力学性能.
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支架内再狭窄的生物力学研究进展
支架介入已成为治疗心脑血管狭窄有效的方式之一,但术后发生支架内再狭窄的问题却不可忽视.支架内再狭窄的发生,不仅与支架-血管间柔顺性失配以及支架对血管的机械性支撑引起的应力有关,而且与支架置入后血管内血流动力学环境变化引起的内膜增生有关.回顾了狭窄血管置入支架的生物力学研究历史和现状；特别从固体力学和血流动力学的角度,阐述了近年来学者对狭窄血管置入支架的生物力学数值模拟研究进展；并分析总结了支架内再狭窄的生物力学因素.从支架介入治疗过程来看,数值模拟技术可以为研究支架置入术和支架内再狭窄之间的关系提供很好的技术手段,对支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导.
| 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 |
