• 2022年第3期文章目次
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      2022, 37(3).

      摘要 (81) HTML (0) PDF 390.98 K (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2022, 37(3).

      摘要 (28) HTML (0) PDF 2.89 M (43) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >述评
    • 细胞核与应力信号转导

      2022, 37(3):385-388.

      摘要 (53) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >专家论坛
    • 冠脉生理学检测技术发展2021年研究进展

      2022, 37(3):389-394.

      摘要 (124) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:心血管疾病是危害人类生命健康最严重的疾病之一,中国每5人中就有2人死于心血管疾病。心肌缺血是重要的心血管疾病之一。心肌血流储备分数(fractional flow reserve,FFR)用于量化心外膜下冠状动脉狭窄是否产生心肌缺血;微血管阻力指数(index of microcirculatory resistance,IMR)是定量评价冠脉微循环状态的有创指标。传统FFR和IMR测量临床上依靠导丝,在最大充血态下进行介入测量,临床上辅助心肌缺血的诊断。基于冠脉造影的caFFR和caIMR(coronary angiography-derived FFR and IMR)无需介入操作、无需血管扩张药物、无禁忌症限制,可以快速同步计算FFR和IMR,进而辅助冠脉介入手术的诊疗。本文总结了近年来基于冠脉造影的caFFR和caIMR以及其他冠脉生理学检测技术的研究进展.进一步开展基于造影的FFR和IMR组合研究,从宏观到微观开展冠脉功能学研究具有重要的临床价值。

    • >论著
    • Src/RUNX2参与调控周期性高张应变诱导的血管平滑肌细胞迁移

      2022, 37(3):395-402.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨周期性高张应变对血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)Src/Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)的影响,及其在VSMCs迁移过程中的调控作用。方法 应用FX-5000T张应变加载系统,对VSMCs施加幅度为5%(模拟生理条件)和15%(模拟高血压病理条件)的张应变;Western blotting检测VSMCs内RUNX2和磷酸化Src表达量;IPA生物信息学分析Src对RUNX2的调控作用;小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)转染下调VSMCs中RUNX2表达,Src抑制剂-1抑制细胞内Src激酶活性;利用划痕愈合实验检测VSMCs的迁移能力。结果 15%高张应变显著增强VSMCs内RUNX2的表达水平;静态和15%张应变加载条件下,降低RUNX2的表达均显著抑制VSMCs的迁移。IPA结果提示Src激酶可能通过多种分子调控RUNX2,且抑制Src活性后RUNX2的表达量显著降低;在施加15%高周期性张应变的同时抑制Src活性,高张应变诱导的RUNX2表达与VSMCs迁移被逆转。结论 高张应变上调Src激酶磷酸化促进RUNX2的表达,进而诱导VSMCs异常迁移。探讨张应变力学刺激调控VSMCs迁移的力学生物学分子机制,对于揭示血管生理稳态维持和血管病理重建的分子机制具有一定意义,并为寻找高血压血管重建临床诊断、治疗的转化研究提供了新视角。

    • 远端侧-侧吻合冠脉搭桥术后血栓形成的数值模拟

      2022, 37(3):403-409.

      摘要 (32) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究桥血管远端不同处理方式对其血栓生成的不同影响。方法 针对远端侧-侧吻合(distal-end side-side anastomosis,DESSA)冠脉搭桥术,构建桥血管远端裁剪和不裁剪两种模型。使用生化反应的血液物质传输扩散模型,同时考虑血流动力学的切变率、流体滞留时间和血小板分布参数,评估血栓形成的可能性,使用数值模拟方法探讨DESSA冠脉搭桥中血栓生长。结果 对于桥血管远端无裁剪处理的模型,血栓首先在桥血管远端内壁面上形成,随后向其内部生长,直至血栓占满大部分桥血管远端区域,血栓进入稳定状态,体积不再变化,生成血栓体积为15.051 mm3。对于桥血管远端裁剪处理模型,生成血栓体积为7.352 mm3,同远端无裁剪模型相比,生成血栓体积减小51.2%。桥血管远端裁剪处理后,吻合口上方桥血管内壁上有血栓生成,壁厚约为0.16 mm,为桥血管半径的10.65%。上述两种术式中,桥血管远端区域形成多个漩涡流(流速小于10 mm/s),促进桥血管远端血栓形成;计算结果和临床报道的血栓形成区域相一致。结论 临床DESSA冠脉搭桥术时,对桥血管远端进行裁剪处理,减小了桥血管生成血栓体积,但吻合口上方桥血管壁面生成血栓对冠脉搭桥术后影响还需进一步研究。

    • 脑Willis环集中参数模型的参数识别算法

      2022, 37(3):410-418.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探索3种参数识别方法(阻抗模曲线法、阻抗分量法、遗传算法)在脑Willis环11单元集中参数模型参数识别问题求解上的应用。方法 以两侧颈内动脉、椎动脉的流量和压力波形为入口条件,计算正常、两侧椎动脉狭窄情况下模型的参数值,使用Simulink建模对识别算法进行验证,最后对流量加一定噪声验证识别算法的稳定性。结果 正常情况下,阻抗模曲线法获得的近端阻力偏大,阻抗分量法求解的前交通动脉阻力偏大,遗传算法能获得比较合理的模型参数值。两侧椎动脉狭窄情况下,使用阻抗模曲线法能明显得到后循环近端阻力增加的结果,但使用阻抗分量法和遗传算法所得的结果主要是远端阻力有较大增幅。结论 3种方法识别出的参数计算出的压力数据和实际数据仍有差别,考虑为建模误差、源数据误差和计算误差。阻抗模曲线法在区分近端阻力变化上有一定效果,但是某些参数的识别上有较大误差。阻抗分量法能够进行参数识别,但方法不稳定,计算误差较大。遗传算法能获得比较好的近似解,但在区分椎动脉狭窄上存在一定问题。综合阻抗模曲线法和遗传算法可能在未来使用模型进行疾病诊断上发挥比较好的作用。

    • 优化取栓支架的力学性能

      2022, 37(3):419-424.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析不同结构的取栓支架的机械性能,为取栓支架的设计以及临床选择提供理论支持。方法 通过有限元分析以及体外模拟实验对3款不同结构的取栓支架(B3、K4、X)进行评估,分析指标是径向支撑力、回撤力以及模拟取栓过程中的血栓状态。结果 实验得到B3、K4、X取栓支架的径向支撑力分别为0.48、0.43、0.51 N,且压握尺寸越大,取栓支架的径向支撑力越大;当压握尺寸大于3 mm时,支架的径向支撑力显著增大。模拟取栓实验结果表明,B3、K4、X支架的回撤力峰值分别为0.410、0.451、0.501 N,实验结果与有限元分析的结果具有趋势一致性。结论 实验结果与有限元结果均表明,X支架具有更好的力学性能。此方法可作为评估取栓支架性能的一种分析方法,为取栓支架的性能提高和研发提供参考。

    • 生理性流动条件下血小板在玻璃表面的聚集行为

      2022, 37(3):425-432.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究生理性流动条件下血小板在玻璃表面的聚集行为。方法 采用软光刻工艺加工聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)-玻璃微通道芯片。将抗凝人外周全血以300、1 500 s-1壁剪切率流过微通道芯片,倒置荧光显微镜拍摄荧光标记血小板在微通道玻璃表面形成的血小板聚集体荧光图像,通过图像分析得到血小板聚集体数量、平均尺寸、表面覆盖率和平均荧光强度。分别对玻璃表面进行亲水性处理、牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)封闭和胶原纤维蛋白修饰处理,调整血液样品红细胞比容(hematocrit,Hct),用抗血小板制剂处理血液样品,观察上述条件下血小板在玻璃表面的聚集行为;比较分析健康人群和糖尿病患者的血小板聚集情况。结果 流动条件下,血小板在玻璃表面发生聚集形成三维血小板聚集体;血小板聚集依赖于壁剪切率大小、玻璃表面亲疏水性和Hct;血小板聚集主要由血小板膜糖蛋白GPIIb/IIIa-纤维蛋白原和ADP-P2Y12受体通路调控;血小板在玻璃表面的聚集能够反映糖尿病患者血小板的高活化状态。结论 在300、1 500 s-1流动条件下,血小板在玻璃表面的聚集与剪切率、蛋白吸附、血小板相关受体和血小板自身活化状态相关。本文建立了一种无需额外黏附蛋白修饰的微流控血小板功能分析的新模型,可用于临床血小板功能评估。

    • ω-3多不饱和脂肪酸对树突状细胞生物物理学特性及迁移能力的影响

      2022, 37(3):433-440.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 从生物物理学与免疫学交叉角度,分析二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)对鼠源树突状细胞(dendritic cells, DCs)生物物理学特性、细胞骨架及迁移能力的影响,探讨ω-3多不饱和脂肪酸(ω-3 polyunsaturated fatty acids, ω-3 PUFAs)对DCs免疫功能的影响及其潜在作用机制。方法 分离C57BL/6J小鼠骨髓来源单核细胞,经20 ng/mL重组鼠集落刺激因子(recombinant mouse granulocyte macrophage colony stimulating factor, rmGM-CSF)和10 ng/mL重组鼠白介素-4(recombinant mouse interleukin-4, rmIL-4)诱导分化为未成熟树突状细胞(immature dendritic cells, imDCs),第6天加入100 ng/mL脂多糖诱导为成熟树突状细胞(mature dendritic cells, mDCs),进一步对imDCs及mDCs进行形态学观察及CD11c阳性率分析;通过细胞增殖检测试剂盒(cell counting kit-8, CCK-8)及流式细胞仪检测不同浓度EPA和DHA(浓度均为0~60 μmol/L)作用下DCs细胞活力及凋亡情况;在确定最佳作用浓度后分别通过荧光偏振法、细胞电泳法及浓度梯度法检测分析DCs的膜流动性、电泳迁移率(electrophoretic mobility, EPM)及渗透脆性变化,并用免疫荧光法检测其细胞骨架纤维状肌动蛋白(filamentous actin, F-actin)表达,最后利用Transwell系统检测DCs迁移能力。结果 imDCs及mDCs的CD11c阳性率均在80%左右;不同浓度EPA和DHA均呈剂量依赖性降低DCs细胞活力,但并没有诱导其凋亡。在50 μmol/LEPA和DHA作用下,DCs生物物理学特性均发生改变,其中渗透脆性和EPM明显下降,膜流动性明显增大。DCs细胞骨架F-actin含量表达均明显上升,迁移率显著下降。结论 ω-3 PUFAs可能会通过改变DCs细胞骨架结构及生物物理学特性,抑制细胞迁移能力,进而影响其免疫功能。

    • 管间相互作用对细胞膜包裹碳纳米管的影响

      2022, 37(3):441-447.

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对平行放置于细胞膜表面的两单壁碳纳米管系统,探究两碳管间相互作用对膜包裹碳管方式的影响,并给出能量最优的构象。方法 建立考虑两根碳管间范德华相互作用的膜包裹碳管的力学模型,并引入反映细胞膜形态的参数以及描述碳管相对位置的参数。利用基于Helfrich自由能的连续介质力学建模,计算膜弯曲能量,并利用Lennard-Jones势描述碳管之间的相互作用。通过查表法计算系统不同位置的自由能,并给出细胞膜包裹碳管的典型结构。结果 与未考虑管间相互作用的情况相比,系统自由能曲线出现了较大改变:在碳管间距约为0.3倍管半径时,能量曲线上出现深势阱;随着碳管间距增大,自由能恢复到没有管间相互作用能时的大小。结论 引入碳管间相互作用能后,膜包裹碳管的方式发生变化,两碳管倾向于以触碰到一起的方式进行协同胞吞。研究结果为理解并设计基于纳米管的药物输运系统提供理论借鉴

    • 一种微管吸持细胞泊松比测定方法

      2022, 37(3):448-453.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种基于微管吸持技术的细胞泊松比测定方法。方法 基于变形对称性假设,通过提取微管吸持下细胞发生的挤压变形特征,根据广义虎克定律,推导细胞泊松比与变形量之间的解析表达式,依据细胞膜表面标记点的位置变化,实现细胞泊松比的准确测定。结果 对前列腺癌细胞中的LNCaP细胞进行泊松比测定,结果表明,LNCaP细胞的泊松比在0.44~0.46之间,平均值为0.45;同一个细胞特征点选取位置不同,对泊松比计算结果的影响在1.6%的误差范围内。结论 本文方法简单易行,可提高细胞泊松比的测量精度,有助于临床利用细胞力学特性进行细胞检测和筛选。

    • 基于逆向工程的人体气道重建及其流场分析

      2022, 37(3):454-459.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对老年人气管萎缩导致整体气道尺寸变小的情况,研究狭窄气道重建及不同呼吸状态下空气流场对气道的影响。方法 运用Mimics建立人体气道的三维模型,利用计算流体动力学方法对气道内的流场进行仿真,分析并比较不同呼吸状态下气管内壁压强及其气流的分布状态。结果 在不同呼吸状态下,气管内壁压强数值在主气管内壁相对均匀,但在支气管狭窄段的气流入口处出现明显下降,在最狭窄的区域附近达到负压。气流速度从气管管道中心向边界层递减,流速在狭窄处达到最大值。气流穿过狭窄区域后产生涡流,且入口流速越大,正压和负压压强越大,狭窄处压降越明显,涡流现象越明显。结论 气道狭窄区域因负压造成继续收缩,会导致病人呼吸困难,而涡流会使气管壁受到气动剪切应力的影响可能损伤气道壁黏膜。因此,了解萎缩狭窄气道内的压强分布及流速分布情况,可为此类病变气道的临床诊治提供参考依据。

    • 气囊式头盔防护下的两轮车骑车人头部损伤风险分析

      2022, 37(3):460-466.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种气囊式头盔缓冲内衬结构,并分析其对两轮车骑车人头部损伤的防护效果。方法 将气囊式内衬应用于自行车(半盔)和摩托车(全盔)两款典型的两轮车骑车人头盔,通过标准GB 24429-2009和法规ECE R22.05测试工况下的有限元碰撞仿真,获得人体头部模型运动学和生物力学响应,从颅骨骨折和颅脑损伤风险角度对比常规聚苯乙烯泡沫塑料(expanded polystyrene, EPS)头盔,综合评价气囊式头盔的防护性能。结果 当气囊压力为0.06 MPa时,气囊式头盔(半盔/全盔)防护下的人体头部颅骨骨折相关量分别小于120 g和150 g,颅骨骨折风险基本低于40%;颅脑最大主应变均小于0.3,轻度脑损伤风险均低于25%;气囊式头盔防护下的人体颅骨骨折和颅脑损伤风险均低于EPS头盔。结论 本文设计的气囊式头盔具有较好的防护效果,能兼顾颅骨骨折和颅脑损伤防护,可以为新型头盔的设计提供基础示例。损伤风险分析也可为骑车人头部损伤应急诊断提供初步参考。

    • 评定增生性瘢痕激光疗效的力学模型

      2022, 37(3):467-472.

      摘要 (18) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过试验研究与数值模拟相结合,建立兔耳增生性瘢痕(hypertrophic scar,HPS)治疗过程中以激光治疗次数为自变量的力学模型,用以评估HPS的临床疗效。方法 利用CO2激光器建立兔耳早期HPS模型,随后进行了连续3次脉冲染料激光(pulsed dye laser,PDL)联合CO2点阵激光治疗,并在每次治疗恢复后测试HPS的单轴压缩力学性能,用以拟合Ogden超弹性本构模型,得到治疗过程中HPS力学参数,并通过LM最优化算法建立HPS力学参数与激光治疗次数之间的函数关系。结果 HPS力学参数随激光治疗次数的增加而增大,并逐渐趋于1个常数,即正常皮肤的力学参数;且随着激光治疗次数的增加,HPS力学参数的增幅逐渐减小,初始增幅为60%,3次治疗后降为4.09%。结论 激光治疗初始疗效最明显,随着症状的减轻,激光单次疗效不再显著。

    • 膝关节单髁置换界面应力失效分析

      2022, 37(3):473-478.

      摘要 (39) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析骨水泥型胫骨假体平台界面应力,确定界面应力损伤区域,为临床单髁置换胫骨平台的应力失效问题提供参考。方法 通过人体动力学软件模拟完整周期的步态,获得膝关节的承力条件;利用医学影像及三维重建软件建立完整的膝关节模型并进行单髁置换;通过有限元法分析单髁置换后胫骨假体平台界面应力的分布规律。结果 步态下膝关节的力和角度随时间呈周期性变化,1.3 s为1个周期,膝关节合力峰值为760 N;界面最大剪切应力为11.82 MPa、最大拉应力6.849 MPa,均发生在假体-骨水泥界面的内侧前端拐角处;对于界面的最大应力,钛合金假体低于不锈钢假体。结论 假体的弹性模量减小可以降低界面最大主应力,从界面应力考虑,钛合金假体优于不锈钢假体;胫骨假体平台界面损伤区域主要在内侧前、后端拐角和外侧中端处,故提高该区域假体-骨水泥结合能力能防止单髁膝关节胫骨假体平台松动。研究结果对临床中单髁术后胫骨假体平台松动预防具有实际意义。

    • 利用有限元分析爱惜邦线缝合固定与带线锚钉

      2022, 37(3):479-484.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 利用有限元方法对比分析爱惜邦线缝合固定与带线锚钉缝合固定髌骨下极骨折的生物力学稳定性。方法 选取1名健康成年志愿者的膝关节CT图像,建立髌骨下极骨折模型,并在此基础上建立5#爱惜邦线、带线锚钉骨折固定三维模型。其中,模型1采用5#爱惜邦线独立间断垂直缝合技术固定髌骨下极骨折,模型2在模型1基础上将两端爱惜邦尾线从髌腱下方连续锁边缝合至对侧骨折近端并收紧打结,模型3采用锚钉技术固定。分析在不同屈膝角度下各骨折固定模型的应力和位移分布。结果 在0°~90°范围内,随着屈膝角度增加,最大应力和最大位移也随之增大。在同一屈膝角度下,带线锚钉固定方式的应力水平最高,爱惜邦线固定联合锁边缝合方式的应力水平最低且应力分布最均匀;单纯爱惜邦线缝合的位移形变量最大,带线锚钉固定方式的位移形变量最小。结论 爱惜邦线缝合后加以髌腱周围的锁边缝合最大位移相对适中,且最大应力也相对较小,是临床中固定髌骨下极骨折的可靠方法。

    • 有限元分析腰椎传统椎弓根钉道和改良皮质骨钉道的生物力学性能

      2022, 37(3):485-491.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过有限元分析传统椎弓根钉道(traditional trajectory, TT)和改良皮质骨钉道(modified cortical bone trajectory, MCBT)在骨质疏松椎体上的力学性能。方法 建立L4椎体三维模型,在椎体两侧分别模拟置入椎弓根螺钉(pedicle screw,PS)(直径6.0 mm,长45 mm)和MCBT螺钉(直径4.5 mm,长40 mm)。比较螺钉在两种钉道上、下、左、右4种工况下载荷位移比和螺钉抗拔出力,评价在骨质疏松条件下螺钉和椎体之间的稳定性。结果 MCBT螺钉抗拔出力比PS提高13.1%。MCBT螺钉在上、下、左工况下载荷位移比相比PS分别提高57.1%、32.3%、31.6%,MCBT螺钉在右工况下载荷位移比虽高于PS,但不具有统计学差异。在轴向旋转和侧屈工况下,MCBT组椎体载荷位移比明显高于TT组;在前屈工况下,MCBT组椎体载荷位移比低于TT组;在后伸工况下,MCBT组椎体载荷位移比虽高于TT组,但不具有统计学差异。结论 MCBT在抗拔出力、螺钉稳定性、椎体轴向旋转和侧屈的稳定性优于TT,但在椎体前屈和后伸稳定性弱于TT。研究结果论证了MCBT在骨质疏松条件下的优越性,为MCBT的临床应用奠定前期基础。

    • 增材制造脊柱侧弯矫形器治疗效果的有限元分析

      2022, 37(3):492-497.

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      摘要:目的 利用有限元法对骨骼、躯干和矫形器之间的交互作用进行仿真模拟,评估增材制造脊柱侧弯矫形器的治疗效果。方法 结合患者CT数据、躯干三维扫描模型和脊柱全长X线片,建立骨骼-躯干-矫形器有限元模型,并证明其有效性。计算在不同边界和载荷条件下主胸弯脊柱侧弯Cobb角的变化及发展趋势。结果 增材制造矫形器治疗效果良好。随着矫形器预紧力增加,Cobb角和骨盆倾斜的改善情况更加明显。预估70 N预紧力作用于矫形器的6个月后,Cobb角将减少6.18°。在增加骨骼系统刚度的情况下,Cobb角改善不明显,甚至出现恶化。结论 脊柱侧弯矫形器能够有效地治疗骨骼尚在发育的青少年,对于骨骼发育成熟或产生退变的患者,矫形器治疗效果欠佳。

    • 马蹄环式外固定架固定AO-C2型Pilon骨折在轴向载荷下的稳定性

      2022, 37(3):498-503.

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      摘要:目的 在传统环形外固定架构型基础上进行重新设计,使其更适合关节内Pilon骨折的固定。通过定量分析负重载荷下应用马蹄环形外固定架固定Pilon骨折端位移以验证该外固定架的稳定性。方法 采用摆锯依据预先制定的截骨线制备AO-C2型Pilon骨折模型,应用马蹄环形外固定架对其固定,然后于力学加载机上进行轴向载荷力学加载。轴向载荷加载方式为从0 N开始依次加载至150、300、450 N。用动态捕捉仪记录轴向载荷加载过程中骨折块在X(左右)、Y(上下)、Z(前后)轴的移位变化。结果 腓骨左右、上下、前后方向整体移位范围分别为0.32~0.70、-0.27~-0.23、0.23~0.32 mm,最大差值为0.09 mm。胫骨内踝侧骨折块左右、上下、前后方向整体移位分别为0.02~0.14、-0.80~-0.19、-0.78~-0.1 mm。胫骨外踝侧骨折块左右、上下、前后方向整体移位范围分别为-0.07~0.05、-0.36~-0.03、0.27~0.47 mm。结论 马蹄环形外固定架不仅能实现骨折端的稳定固定且能产生有利于骨折愈合的微动,符合骨折愈合的生物力学特点。该外固定架构型简单,适合Pilon骨折的治疗,值得推广应用

    • 新型可降解肠道吻合支架的建模仿真与实验研究

      2022, 37(3):504-509.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 设计一款新型可降解肠道吻合支架,探究肠道组织在加压吻合时施压距离与吻合口生物力学性能之间的关系,为肠道组织的加压吻合提供新思路与方法。方法 设计一款用于肠道组织的加压吻合支架,建立肠道组织加压吻合的有限元模型,并探究支架施压面距离(2、1.6、1.2、0.8 mm)与组织应力之间的关系;通过撕脱力与爆破压测试,分析肠道组织在不同施压距离下的吻合效果。结果 当施压距离为1.2 mm时,肠道吻合口的生物力学性能最佳,其最大抗拉强度达到0.77 MPa;组织的撕脱力和爆破压分别为(25.80±1.82) N和(12.30±0.26) kPa;当组织被压缩至原有厚度的60%时,肠道吻合效果最好。结论 本文设计的可降解肠道支架可成功实现对肠道组织的加压吻合,为新型可降解加压吻合器械的开发和应用提供理论参考。

    • 两种不同肌肉力求解算法的对比分析

      2022, 37(3):510-517.

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      摘要:目的 探究静态优化(static optimization,SO)算法和计算肌肉控制(computed muscle control,CMC)算法求解肌肉力结果的异同,为研究人员选择合适的肌肉力求解算法和横向对比不同研究的结果提供依据。方法 以4种不同速度下跑步的步态作为研究动作,分别利用SO和CMC算法求解单个步态周期中下肢主要肌肉的肌肉力和肌肉激活,并进行对比分析。结果 在参与跑步的10块主要肌肉中,除了胫骨前肌和股直肌外,两种算法求解的肌肉力和肌肉激活具有相似的变化曲线,且相关系数均在0.91以上,但SO算法求解的肌肉力峰值偏高,肌肉激活峰值的位置约有10 ms延迟。结论 在动作分析时,如果研究重点在肌肉发力的时序以及不同肌肉之间的贡献比时,两种算法的选择没有太大区别,建议选择简单高效的SO算法。在横向对比不同研究中SO和CMC算法求解的肌肉力和肌肉激活结果时,需要考虑两者的差异。

    • 一种基于足压数据主成分分析的足弓形态智能检测方法

      2022, 37(3):518-524.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 根据临床中平足与高弓足量化评估的要求,提出一种基于足压数据主成分分析(principal component analysis, PCA)智能快速足弓形态检测方法,并验证其临床有效性。方法 纳入诊断为足弓异常与足弓健康的志愿者,设计研发一套便携式足弓智能检测系统。采用44×52阵列式薄膜压阻传感器,采集静态站立式足底压力分布数据,利用自行编写的PCA算法自动拟合足轴线,进行足弓诊断并生成诊断报告。将足压采集结果与现有设备进行比对,验证足压数据的准确性。对于平足、高弓足和正常3类足弓的判别算法,通过对比临床诊断验证评估准确性。结果 该系统与现有压力采集设备的测量结果具有较好的相关性,接触面积偏差低于3.2%,计算拟合的足轴线与临床定义角度偏差小于1°,且该系统能获得与临床中足弓形态诊断相符率92.6%的评估结果。结论 引入PCA对足轴线自动化拟合,实现了快速而准确提取足弓信息的目的。该方法可用于临床实践中平足与高弓足的辅助筛查,有助于开展足弓畸形程度的量化分析和病理机制的研究。

    • 个性化鞋垫对步行足部感知及足功能的影响

      2022, 37(3):525-530.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过对主观舒适度和行走时足底压力的评测,整合主观感知和生物力学指标,探究个性化鞋垫对正常足型足部感知和足功能的影响。方法 招募16名具有正常足型的男性受试者,采用视觉模拟量表评价极简鞋和个性化鞋垫着鞋干预下主观舒适度指标的差异;通过单因素重复测量方差分析赤足、极简鞋、个性化鞋垫3种着鞋条件支撑期各阶段时间和足底压力的变化;通过多重线性回归筛选极简鞋和个性化鞋垫下影响着鞋总体舒适性的主要指标。结果 在足底压力测评上,着鞋行走的步态支撑期缓冲阶段高于赤足和极简鞋(P<0.05),个性化鞋垫的动态足弓指数(arch index, AI)大于极简鞋和赤足行走(P<0.05),极简鞋动态 AI大于赤足(P<0.05),加入个性化鞋垫中足冲量占比高于赤足行走(P<0.05),着鞋时压力中心(center of pressure, COP)轨迹的平均斜率低于赤足(P<0.05),个性化鞋垫COP轨迹斜率低于极简鞋(P<0.05);在主观舒适度测评上,加入个性化鞋垫后鞋总体舒适性、后跟缓冲、前足缓冲、足弓支撑性、前足包裹和足部控制性高于极简鞋(P<0.05);线性回归结果显示,足弓支撑性和中足冲量占比对鞋总体舒适性有显著性影响(P<0.05)。结论 个性化鞋垫主要通过对足弓的影响提高正常足的总体舒适性。加入个性化鞋垫后,步行的缓冲能力和足部控制能力提高,足部在冠状轴上受力的偏移减小。足-鞋垫-鞋共同影响人体足部感知,鞋垫要综合足型、着鞋条件和鞋垫材质等多方面进行选择。

    • 髋外展肌疲劳对不同性别人群单腿侧跳落地时神经肌肉控制的影响

      2022, 37(3):531-537.

      摘要 (31) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 比较髋外展肌疲劳对不同性别人群单腿侧跳落地期间的姿势稳定性及其神经肌肉控制的影响。方法 比较20名男性和20名女性在髋外展肌疲劳干预前后进行单腿侧跳落地期间的压力中心(center of pressure, COP)、地面反作用力(ground reaction force, GRF)、下肢运动学、关节力矩、肌肉活动度等。结果 疲劳后,男性和女性COP在冠状面的最大位移和平均速度增加,髋关节外展峰值角度和踝关节外翻峰值角度增加,踝关节内翻峰值力矩增加。触地前200 ms,男性股直肌、股二头肌、胫前肌、腓骨长肌的激活小于女性;触地后200 ms,男性股二头肌激活小于女性。结论 髋外展肌疲劳导致冠状面姿势稳定性下降,髋、踝关节冠状面稳定性下降,可能增加关节损伤风险。不同性别人群的姿势调控策略存在差异,提示下肢关节损伤机制的性别差异值得进一步探究。

    • 搂膝拗步膝踝关节预激活与共收缩的表面肌电分析

      2022, 37(3):538-543.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析长期太极拳练习者进行搂膝拗步和正常行走时下肢膝、踝关节肌群预激活与共收缩的表面肌电(surface electromyography, sEMG)特征,探讨太极预防跌倒的神经肌肉控制策略。方法 采用Vicon运动捕捉系统、Kistler测力板和Noraxon表面肌电图系统同步采集搂膝拗步和正常行走时股直肌、股二头肌、胫骨前肌、外侧腓肠肌的sEMG信号和体位信息。通过股直肌和股二头肌、胫骨前肌和外侧腓肠肌两对肌肉的积分肌电分别计算膝、踝关节预激活和共收缩。结果 与正常行走相比,搂膝拗步在4个阶段的平均用时显著增加;搂膝拗步在4个阶段内时间百分比存在显著性差异;搂膝拗步膝关节共收缩水平和预激活水平降低,踝关节共收缩水平和预激活水平升高。结论 长期的太极拳练习可能使膝关节周围肌肉的激活水平提高,增强肌肉群之间的协同作用,以帮助稳定关节。研究结果为神经肌肉控制障碍疾病的康复评估和训练提供参考。

    • 致伤物接触面积对家兔颅骨骨折的影响

      2022, 37(3):544-539.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨不同接触面积致伤物在准静态压缩条件下对家兔颅骨骨折生物力学响应参数的影响。方法 将家兔分为保留头皮及去除头皮两组,每组按致伤物接触直径不同分为3、6、9 mm组,每组9只,合计54只。将所有家兔过量麻醉处死后制作成头颅压缩模型。采用电子万能材料试验机对家兔颅骨进行准静态压缩至骨折,分别检测各组家兔颅骨极限载荷、极限载荷作用下形变、压缩强度等生物力学响应参数。结果 保留头皮组及去除头皮组家兔颅骨在不同接触面积下极限载荷、极限载荷作用下形变、压缩强度组间差异均具有统计学意义。极限载荷与接触面积呈正相关,压缩强度与接触面积呈负相关,极限载荷作用下形变与接触面积不存在相关性。保留头皮与去除头皮组间比较,仅接触面直径为3 mm组极限载荷作用下形变的组间差异具有统计学意义,其余各组均不存在统计学意义。结论 接触面积与家兔颅骨骨折极限载荷呈正相关,与压缩强度呈负相关,与极限载荷作用下的形变不存在相关性,且与是否去除头皮无关。

    • 针刺联合五步复位法治疗游泳运动员椎间盘突出的临床效果评价

      2022, 37(3):550-554.

      摘要 (29) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨针刺联合五步复位法治疗椎间盘突出的临床效果。方法 选取符合条件要求的80例腰椎盘突出患者,将其随机分为对照组、针刺组、五步复位推拿组、针刺联合五步复位法组,每组20人,各治疗两个疗程,共1个月。治疗完毕后,评价针刺、五步复位推拿及针刺联合五步复位推拿治疗效果。观察指标包括腰痛JOA量表、McGill疼痛量表、生活质量QOL量表、重力矩和肌肉矩。结果 干预治疗后,与对照组相比,针刺组、五步复位推拿组、针刺联合五步复位推拿组患者JOA、McGill、QOL、重力矩和肌肉矩均有显著改善(P<0.05),且联合治疗组改善效果更为显著(P<0.01)。结论 针刺联合五步复位法显著改善游泳运动员腰椎盘突出的症状。

    • >综述
    • 髌股疼痛综合征下肢动作模式特征与康复治疗研究进展

      2022, 37(3):555-561.

      摘要 (33) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:髌股疼痛综合征(patellofemoral pain syndrome,PFPS)因其高发病率、低治愈率的现状已在康复治疗领域获得越来越多的关注。研究发现,PFPS患者解剖学异常、疼痛因素导致肌肉活动改变与肌力不足会引起下肢关节产生错误动作模式,这种错误的动作模式会导致病情加重,不利于患者康复。通过运动疗法、贴扎、神经肌肉训练以及关节矫形器可以改善髋、膝、踝动作模式,减轻PFPS的疼痛。对PFPS患者患病后动作模式特征以及相应康复治疗方法进行总结,为PFPS的康复提供参考。

    • 牙周组织力学加载模型的研究进展

      2022, 37(3):562-567.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:牙周组织具有机械力学响应性,可感受咀嚼力和正畸力在内的各种力学刺激并迅速产生反应,常作为力学加载对象在各种体内外模型相关的研究中广泛应用。本文回顾了近年来文献中对牙周组织的各种体内外力学加载方法(包括静态重力法、离心法、振动法、周期性张力法、流体剪应力法),对不同动物种属、加力方式及参数选择等进行梳理和总结,以期为研究牙周组织的力学响应机制以及开发、论证新的临床治疗技术提供参考。

    • 微粒子成像测速在生物医学工程领域的研究进展

      2022, 37(3):568-574.

      摘要 (15) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:血液是生物体内重要组成部分,肩负着物质输送和传递的任务。血流微环境影响着心血管发育、红细胞聚集及血液黏度、癌症转移和动脉粥样硬化等生理病理过程,在药物输送、细胞分选、人工器官设计和生物体运动等研究领域,流场环境也起到重要作用,这使得微流场的测量和定量分析变得尤为重要。微粒子成像测速(micro-particle imaging velocimetry,Micro-PIV)将传统的粒子成像测速和显微技术结合起来,通过对高速相机在不同时刻拍摄的两组图像进行互相关分析,能够计算得到微流场环境的速度场。与其他速度测量方法相比,Micro-PIV技术具有较高的时间分辨率和空间分辨率。本文介绍Micro-PIV系统的主要组成及相关原理和分析方法,并总结其近年来在生物医学工程领域的研究进展,对Micro-PIV的不足和应用前景展望进行探讨。

    • 衰老过程中间充质干细胞物理异质性变化对分化潜能的影响

      2022, 37(3):575-580.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)具有成骨分化、成软骨分化、成脂肪分化等多向分化潜能,已被广泛用于基础研究和临床应用。在衰老过程中,MSCs的分化潜能会发生改变,表现为成骨分化潜能下降,而成脂分化潜能增强。衰老过程中,MSCs在分化潜能变化的同时伴有细胞物理异质性(细胞尺寸、细胞硬度、核质比等)变化。研究表明,物理异质性变化可能是导致MSCs分化潜能变化的关键因素。因此,研究MSCs衰老过程中的物理异质性变化为预测干细胞命运提供新的研究方向。本文主要综述衰老过程中物理异质性变化对MSCs分化潜能的影响,并对相应机制进行探讨。

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