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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单微颗粒在血管内运动状态的力学分析
目的 分析单个微颗粒在血管内的受力情况及影响其运动状态的因素.方法 以靶向给药中血管流体中的微颗粒为研究对象,将血管模型简化成平行平板流动腔内的泊肃叶流动,依次分析单个微颗粒在流场中所受各个力的具体计算方法,通过力与力矩平衡条件列出微颗粒运动状态的方程,利用数值计算方法得到微颗粒所受力与颗粒粒径、流体流量之间的关系以及临界运动状态时粒径与流量的关系.结果 流量增加和微颗粒粒径越大,微颗粒越容易滚动、滑移和上升;在流量和粒径关系图上,上升运动的临界线要高于滑移运动的临界线,而滚动运动临界线处于下方.结论 对于人体血液流量,微颗粒不会做上升运动.随着流量减少,一定粒径的颗粒可以从滑移运动过渡到纯滚动运动,在有弹性变形的情形下会出现完全静止.恰当选择颗粒的粒径及颗粒的表面黏附度对药物颗粒通过血液输送到达标靶位置至关重要.
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基于视频动作捕捉的针灸手法量化研究
目的 通过对提插和捻转两种针灸手法手部相关关节运动角度的精确测定,为针灸手法提供量化依据.方法 招募6名有3年以上针灸经验的针灸师志愿者和1名受试者参与实验.运用NDI视频动作捕捉系统,测定提插和捻转两种针灸手法时前臂、腕关节、拇指和食指掌指关节、拇指和食指指间关节的角度,并比较6名针灸师在人体大腿上操作10次提插、捻转手法时前述关节角度变化幅度的差异.结果 针灸师手部主要关节角度的变化幅度无显著差异(P＞0.05).提插手法主要由腕关节的背屈运动完成,幅度为7.23°±1.87°;捻转手法主要由食指指间关节屈曲完成,其中食指第1、2指间关节运动幅度分别为28.33°±2.18°、10.43°±1.69°.结论 视频动作捕捉可以作为量化针灸手法参数的方法;不同的针灸操作手法表现出特异性的关节角度变化,特异性的关节角度变化可以作为量化针灸操作手法的依据.
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TGF-β1对大鼠肩袖损伤修复术后腱-骨愈合的影响
目的 评价转化生长因子β1(transforming growth factor β1,TGF-β1)对Wistar大鼠肩袖损伤重修复术后早期腱-骨界面愈合的影响.方法 54只Wistar大鼠,取双侧大结节止点处横断撕裂肩袖冈上肌腱全层造模,6周后重建肩袖止点,腱骨界面注射以纤维蛋白胶为载体的TGF-β1缓释体诱导成骨.随机分为高、低剂量组和单纯手术对照组.术后1、2、3周随机分组处死动物,取肩袖标本作生物力学检测.结果 肉眼观察各组断裂点均在肌腱缝合处以内.高剂量组大抗拉强度、大载荷百分比、刚度及大横断面面积与低剂量组和对照组比较有显著差异(P＜0.05).低剂量组大载荷百分比、大抗拉强度、刚度、刚度百分比、大横断面面积与对照组比较有显著差异(P＜0.05).高剂量TGF-β1在肩袖损伤修复早期效果较佳,腱-骨界面的抗拉强度及刚度随着康复时间的延长而不断增强.结论 TGF-β1加强腱-骨界面的大抗拉强度、大载荷百分比、刚度及大横断面面积,诱导断面再生成直止点的复杂结构,促进肩袖损伤的愈合.
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不同骨缺损类型牙种植体的三维有限元分析
目的 研究动态加载下不同骨缺损类型对种植体-骨整合界面、天然骨与Bio-oss成骨结合界面应力分布的影响.方法 应用ANSYS软件,建立第1磨牙缺失并伴有不同类型骨缺损(旁穿型、裂开型、环型、垂直型)的4种模型,并建立各模型对应的植骨块和种植体模型,以200 N垂直载荷及100 N斜向载荷分别模拟咀嚼周期中5个阶段的动态受力过程,分析各组织结合界面应力分布情况.结果 4类骨缺损模型在一个咀嚼周期中,从第2到第4阶段,种植体-骨整合界面应力增幅依次为81.6％、90.7％、106％、182％,Bio-oss成骨与天然骨结合界面应力增幅依次为26％、13％、6％、56％.结论 4类模型的植骨稳定性为:环型骨缺损＞裂开型骨缺损＞旁穿型骨缺损＞垂直型骨缺损,在临床上种植医师应根据其植骨部位甄别出植骨高风险患者,治疗时应为骨植入材料选择不同的固定方式,终提高植骨稳定性;垂直载荷更有利于各组织结合界面的应力分布状况,在临床设计种植义齿上部结构时应尽量减小或避免斜向载荷.
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基于CT图像的股骨上段有限元建模及单元尺寸分析
目的 基于CT图像构建5个不同的股骨上段有限元模型,并分析模型单元尺寸对股骨模型材料属性分布以及生物力学性能的影响.方法 利用螺旋CT扫描股骨上段并以DICOM格式输出图像文件,利用Mimics软件提取三维几何文件,分别使用Mimics、3-Matica、ICEM软件生成体素网格模型、四面体网格模型和3个六面体网格模型(单元尺寸分别为2、1和0.5 mm),在Mimics中对网格文件进行材料赋值,将终的有限元模型导入ABAQUS中进行力学行为分析.结果 单元尺寸对5个模型总质量影响较小,5个模型沿相同路径上节点处Von Mises应力和节点位移整体变化趋势一致,但是各个节点处Von Mises应力误差较大,单元尺寸为0.5 mm的六面体网格模型与体素网格模型各节点处Von Mises应力值接近.结论 基于CT灰度值进行材料赋值时,单元尺寸对模型的总质量和节点位移影响较小,但是单元尺寸的减小将导致模型中各材料含量和分布的改变,引起应力分布的变化.当模型单元尺寸与体素尺寸接近时,能较好反映股骨的质量分布和力学行为.
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3种不同后路内固定方式及其横连治疗胸腰段骨折的力学性能比较
目的 比较3种不同后路内固定方式及其有无横连杆治疗胸腰段骨折的生物力学性能差异,寻找优化的后路内固定方式.方法 在已验证的正常T12～L2有限元模型基础上,模拟L1椎体爆裂性骨折.将T12椎体上半皮质骨切除并赋予内部松质骨损伤材料属性,分别建立无、有横连杆经伤椎单侧螺钉(模型A1、A2)、常规短节段(模型B1、B2)和经伤椎双侧螺钉(模型C1、C2)6种内固定模型.分别比较6组模型在各种生理应力下的活动范围(range of the motion,ROM)以及螺钉和棒的大Von Mises应力情况.结果 在屈伸和侧屈应力下,经伤椎单侧和双侧螺钉内固定模型组ROM均明显小于常规短节段内固定组;而经伤椎单侧和双侧螺钉内固定组,在屈伸应力下两者ROM无显著差异,在侧屈应力下经伤椎双侧螺钉模型的稳定性优于经伤椎单侧螺钉固定.应力主要集中在上位螺钉钉尾和上位螺钉与伤椎螺钉之间的棒体,经伤椎双侧内固定组上位螺钉大应力明显低于经伤椎单侧和常规短节段内固定组螺钉大应力.横连可增加各内固定组在扭转应力下的稳定性,也可降低上位螺钉和棒在扭转应力下的大应力,而屈伸和侧屈应力下螺钉和棒的大应力未见明显差异.结论 经伤椎置钉后路内固定可获得较好的生物力学稳定性,且添加横连不仅能改善构型扭转刚度,而且能降低螺钉和棒的大扭转应力,是治疗胸腰椎不稳定骨折良好选择.
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关节软骨的微摩擦接触力学特性
目的 使用修饰后的原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)探针研究关节软骨的微摩擦接触力学性能.方法 使用微操作器对AFM氮化硅探针进行修饰处理,具体操作为在探针上粘贴玻璃微球作为针尖,然后使用修饰后的探针研究人体和牛关节软骨的微摩擦接触力学性能.结果 人体和牛软骨的粗糙度分别为(68.63±6.22)、(50.16±6.47) nm,随着载荷的增大,人体和牛软骨的摩擦力逐渐增大.当探针滑动速度从0增加到100 μm/s时,试样与探针之间的摩擦力增速很快;当速度从100 μm/s增加到300μm/s时,摩擦力上升缓慢.结论 软骨表面具有明显的纤维状结构,软骨的粗糙度与测量范围直接相关.随着速度或载荷的增大,人体和牛软骨的摩擦力增大,变化范围相同.探讨关节软骨在微摩擦试验中的力学和摩擦学性能表现,对于认识软骨损伤机制和医用人工关节抗磨材料的开发具有重要意义.
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周期性机械牵张刺激对C2C12小鼠成肌细胞增殖和有氧代谢能力的影响
目的 探讨不同频率牵张刺激对C2C12小鼠成肌细胞增殖及细胞有氧代谢能力的影响.方法 采用Flexercell细胞应力加载装置对体外培养的C2C12成肌细胞分别加载1、2 Hz不同频率的牵张刺激,牵张幅度为15％,牵张时长为2 h/d,连续进行4d.以静置培养的C2C12成肌细胞作为对照组.实验期间通过倒置相差显微镜观察细胞生长状态,利用CCK-8试剂盒测定细胞增殖情况.实验结束后,分别收取各组细胞,经胰酶消化处理,然后利用荧光探针,通过能量代谢设备检测细胞耗氧量比率.结果 细胞经机械牵张刺激后,显微镜下细胞形态为典型的长梭形,排列呈现一定方向性,与牵张刺激方向平行,生长状况良好;与对照组细胞相比,1、2 Hz频率牵张刺激均可显著促进细胞增殖(P＜0.05),且在第3、4d,l Hz实验组的增殖情况优于2 Hz实验组;实验组与对照组细胞耗氧量比率均有增加,但各组之间并无显著差异(P＞0.05).结论 周期性机械牵张刺激能有效促进C2C12小鼠成肌细胞增殖,且与牵张刺激的频率有关,其中1 Hz的牵张频率佳,但牵张刺激对C2C12小鼠成肌细胞的有氧代谢能力无明显影响.
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长链非编码RNA XR007793在病理性高张应变诱导平滑肌细胞增殖中的作用
目的 探讨高血压条件下异常升高的周期性张应变刺激对血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)增殖活性的影响以及VSMCs中一种长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA) XR007793在其中可能的作用.方法 应用体外周期性张应变加载系统Flexcell-4000对VSMCs分别施加5％生理性张应变和15％病理性高张应变,加载频率为1.25 Hz,加载时间24 h.荧光实时定量PCR检测XR007793及其共表达基因:信号转导与转录激活因子2(STAT2)、细胞分裂相关蛋白8(CDCA8)、原癌基因LMO2和干扰素调节因子(IRF7)的表达变化,Western bloting方法检测增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)表达变化,RNA干扰技术抑制VSMCs的XR007793表达,静态条件下流式细胞术检测VSMCs周期变化,牵拉条件下Brdu检测VSMCs增值变化情况.结果 与5％生理性张应变组相比,15％病理性高张应变显著下调XR007793表达水平,促进VSMCs增值活性并上调STAT2和CDCA8的表达水平.静态条件下干扰XR-007793,VSMC增殖水平显著上升.高周期性张应变条件下干扰XR-007793,VSMC增殖水平上升,CDCA8表达水平上升.结论 病理性高张应变可能通过降低XR007793表达来影响CDCA8表达变化,进而调控VSMCs增殖功能变化过程.研究结果为阐明高血压条件下血管重建机制和药物治疗靶标的研究提供新的实验依据.
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一种血管张应力体外加载装置的实验研究
目的 研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布.方法 基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置.利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布.利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算.将实验结果和模拟结果进行比较.结果 有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀.硅胶片中间60％面积区域可视为均匀应变场.结论 研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术.
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腰椎椎体有限元建模的优单元尺寸和材料属性分布及建模方法
目的 研究人体腰椎椎体有限元建模中有限元的单元尺寸和类型、松质骨材料属性分配方式以及皮质骨结构模拟方法对有限元结果的影响.方法 基于定量CT扫描人体腰椎的影像,采用6种不同的单元尺寸(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm)、2种松质骨材料属性分配方法、2种松质骨非均匀材料属性分配梯度(150、300)、2种皮质骨结构建模方法,建立22个去除后部结构的腰椎L2段椎体有限元模型,计算获得22个有限元模型的大位移、应变能、平均应力、轴向刚度,并对这些结果进行统计分析和验证.结果 单元尺寸为0.5 mm时,10、150、300三种非均匀材料属性分配梯度下,模型的轴向刚度值出现明显差异;不同单元尺寸下,松质骨在150种非均匀材料属性分配梯度下,模型的平均应力波动变化平缓;利用外层六面体单元模拟皮质骨结构方法,其平均应力大于利用在外层添加蒙皮(skin)模拟皮质骨结构方法.结论 在进行腰椎椎体有限元建模时,选取0.5 mm尺寸的六面体单元、为椎体松质骨分配150种非均匀材料属性、利用外层六面体单元模拟椎体皮质骨结构的建模方法,建立的有限元模型更加合理和有效.研究结果为后续大批量、个体化腰椎椎体模型的建立奠定基础.
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6岁儿童全颈有限元模型的构建及验证
目的 利用6岁儿童颈部有限元模型预测不同载荷下颈部损伤的力学响应.方法 基于CT图像构建具有真实肌肉的6岁儿童颈部有限元模型,应用该模型通过分别重构儿童颈椎不同节段的动态拉伸实验、全颈椎拉伸实验和儿童志愿者低速碰撞实验验证其有效性.结果 不同椎段拉伸仿真试验和全颈椎拉伸仿真试验中的力-位移曲线能够较好吻合实验曲线;儿童志愿者仿真试验的头部角速度-时间历程曲线位于实验数据通道内,吻合较好.结论 该模型有效性得到验证,可用于研究儿童颈部不同载荷条件下的生物力学响应及损伤机制.
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基于ANSYS的人体膝关节半月板撕裂数值模拟
目的 研究半月板在撕裂情况下膝关节应力、应变以及有效表面压力分布的情况.方法 基于CT和MR扫描图像数据,使用软件Mimics和ANSYS,应用逆向工程原理建立膝关节的三维有限元模型(包括上、下膝盖骨和半月板),模型中处理忽略关节软骨和韧带.分析和对比健康完整膝关节、内侧半月板“V”字形撕裂膝关节和半月板纵向撕裂膝关节3种模型在承受轴向载荷时的力学响应情况.结果 在轴向载荷作用下,健康膝关节半月板要传递大部分压应力载荷,且这些载荷主要集中在半月板中部的横向侧,大的接触压力出现在半月板中间部分的后方.半月板撕裂时,应力大的部位出现在撕裂部位周边,且由于撕裂部位的存在,半月板的接触应力分布有显著变化.结论 半月板撕裂对膝关节各部件的应力分布和峰值有很大影响,医生可根据半月板的撕裂形状,通过确定半月板上应力集中的位置,有效、准确地确定半月板撕裂患者需要重点修复治疗的地方.
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颞下颌关节三维有限元建模相关因素分析
颞下颌关节的生物力学研究对理解颞下颌关节病的发生、发展具有重要意义.有限元方法可以分析颞下颌关节各组织受到外力或者发生形变后组织内部的应力和应变情况,但其复杂而且细致的解剖结构导致构建有限元模型的研究总是耗时、昂贵和不可重复.为寻求一种更为快捷、精确的下颌骨三维有限元模型建立方法,提高颞下颌关节有限元建模精度,针对模型与实体几何相似性、生物力学环境仿真模拟等相关因素进行综述.
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股骨近端解剖与生物力学研究进展
髋部骨折是老年人主要的致伤和致死原因之一,随着我国人口的老龄化进展,其发生率也逐渐增加,给家庭和社会带来沉重的经济负担.髋部骨折的主要治疗方法包括骨折内固定术和髋关节置换术.综述股骨近端解剖结构特点与载荷传递机制的关系、股骨近端皮质骨和松质骨的力学分布以及国内外对于髋部骨折风险预测的生物力学研究方法的新进展,从生物力学角度理解髋部骨折,提高老年人髋部骨折风险预测的准确性,促进股骨近端骨折治疗方法和内植物的正确选择和应用.
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整形外科常用软骨生物力学研究进展
肋软骨、耳软骨及鼻中隔软骨广泛应用于整形外科领域,肋软骨主要进行全耳再造及鼻整形,而耳软骨及鼻中隔软骨则应用于鼻整形术中,其术后效果及形态的维持与软骨生物力学特征密切相关.软骨主要由软骨细胞及细胞外基质组成,与生物力学相关的结构为蛋白多糖、胶原纤维以及软骨膜,而决定软骨生物力学性能的则是软骨的微观结构,主要为细胞外基质.主要关注肋软骨、耳软骨及鼻中隔软骨相关的生物力学特性及其微观结构研究结果,总结不同软骨包括组织工程耳软骨生物力学测试的基本数据.目前关于软骨生物力学研究有待于对测试方法进行标准化,同时可进一步推广有限元的研究思路,进而更好地指导临床诊治.
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基于科学计量学方法的前交叉韧带损伤预防生物力学研究
目的 分析前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤预防的生物力学研究现状、主题及特征,对促进ACL损伤预防及控制具有实际指导意义.方法 利用Web of Science、中国知网等数据库,运用科学计量学方法对ACL损伤预防的生物力学研究进行统计分析.结果 ACL损伤预防生物力学研究的逐年累积发文量在总体上较好服从指数增长规律,主要集中在体育科学、矫形学、外科、康复学等学科方向.参与研究的国家中美国位列第一,参与研究的作者中Timothy E.Hewett发文量大.ACL损伤的生物力学研究主题共分成危险因素及发生率、女性ACL损伤、神经肌肉训练与控制、ACL损伤评估4个类团.结论 科研人员需拓宽自己的研究领域,利用国家、地方政府在康复医疗事业引领作用,不断加大生物力学在ACL损伤预防研究的力度.
| 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 |
