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    • 跑步损伤者跑步过程中下肢多关节协调特征
    孙嘉翊 , 刘悦 , 曾紫薇 , 王琳
    录用日期: 2026-03-06
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探讨跑步相关损伤（running-related injuries，RRIs）跑者下肢多关节系统的运动协调特征及其在跑步相关运动损伤发生过程中的动态变化规律。方法 本研究采用横断面对比结合纵向随访的研究设计。横断面研究纳入既往一年内有RRIs史的跑者及无损伤史健康跑者各26名。纵向随访研究对61名无既往RRIs史跑者进行为期一年的跟踪，通过月度随访问卷记录跑量及RRIs发生情况，并在损伤前、损伤期及恢复期分别完成3次跑步测试。利用惯性动作捕捉系统采集跑步支撑期下肢运动学数据，采用向量编码法计算关节耦合角（coupling angle，CA）、协调变异性（coordination variability，CAV）及其不对称性，并结合统计参数映射方法分析协调特征在支撑期内的时相变化。结果 横断面对比结果显示，损伤组与健康组在四对耦合对的协调模式分布及整体CAV水平上未见显著差异，仅髋–膝耦合对（HXKX）的CAV不对称指数在损伤组中高于健康组（5.91 ± 6.94% vs 2.72 ± 2.46%，p = 0.048）。纵向随访结果表明，损伤组在损伤前、损伤期及恢复期过程中，HXKX、KXAY及KZAY耦合对的部分协调模式分布比例存在显著阶段性差异（p < 0.05）。基于统计参数映射分析，KXAX耦合对在支撑期65%–66%区间、KZAY耦合对在45%–46%区间检测到显著阶段间差异（p < 0.05），差异主要表现为损伤期相较于损伤前及恢复期的变化。各耦合对CAV整体变化幅度为1.67%–3.37%。健康组在对应时间节点未观察到显著阶段性改变。结论 跑步相关运动损伤所伴随的下肢运动协调改变，更可能发生于损伤发生及恢复等系统状态转变过程中。该改变主要表现为特定关节耦合对在跑步支撑期局部阶段内的协调组织调整，而非在相对稳定状态下可通过横断面对比持续识别的长期异常特征。研究结果提示，相较于单一时间点的比较，关注协调特征在不同损伤状态下的变化过程，更有助于准确地理解跑步损伤的发生与演变，并为损伤风险评估与康复干预提供更具针对性的生物力学参考。
    WATCHMAN覆膜Ergun多孔等效模型及两病例初步验证
    李博文 , 程云章 , 陈师尧 , 裴志强 , 白元
    录用日期: 2026-03-06
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 针对现有左心耳封堵器（LAAO）计算流体力学模型将覆膜简化为不可渗透固体的问题，提出一种基于Ergun方程、参数物理意义明确的WATCHMAN封堵器覆膜多孔介质等效建模方法，并利用两例术后病例进行初步验证。方法 基于完美封堵与器械相关血栓（DRT）两例患者的术后CTA影像，重建个体化左心房左心耳几何。将覆膜区等效为薄层多孔区，其阻力系数由覆膜网孔尺度与孔隙率通过Ergun-Fluent映射直接推导。实施瞬态层流仿真，定量评估封堵器房侧邻近平面的低速区面积分数（LVZR_A）及心耳内壁的TAWSS、OSI、RRT与ECAP分布。结果 与完美封堵病例相比，DRT病例在封堵器房侧呈现更明显低速滞留。收缩主峰时，v<0.2 m/s的LVZR_A在完美封堵与DRT病例中分别为0.442和0.967，在v<0.1 m/s阈值下分别为0.244和0.538。DRT病例在耳口及器械周缘邻近壁面形成更广泛的低TAWSS与高OSI/RRT/ECAP共定位分布，多孔区跨层通量可忽略结论 所提出的Ergun多孔介质等效模型能复现与临床结局一致的血流动力学差异表型，参数明确、可复现，为LAAO术后DRT风险的精细化血流动力学评估提供了一个新工具。
    脊柱侧弯生长棒系统体外非闭合电磁驱动器励磁特性研究
    李玉梅 , 李子康 , 陈韵之 , 傅刚 , 孔凯 , 聂振国
    录用日期: 2026-03-06
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 磁控生长棒系统（MAGEC）由美国 NuVasive 公司研发，在早发性脊柱侧弯的非侵入式治疗中得到应用，其外部驱动模块通过双永磁体旋转磁场实现生长棒延长。临床研究显示，部分患者因软组织阻力、植入路径偏差及个体差异等生物力学因素，存在牵伸力输出不足问题，影响影响渐进式矫形的稳定性。为改善体外驱动与脊柱生理曲度之间的力学匹配关系，提出一种弧形非闭合电磁驱动结构，并评价其在等效生物力学条件下的输出特性与适配能力。方法建立弧形非闭合电磁驱动器有限元模型，分析磁场分布与转子力矩响应特征，优化关键结构参数；构建模拟脊柱软组织阻力的体外等效实验平台，测试转子输出扭矩及生长棒牵伸能力；进一步搭建1:1脊柱侧弯仿体实验系统，考虑肌肉约束力条件下开展牵伸实验，评估其在贴近临床工况下的力学表现。结果优化后驱动器最大牵伸力为320 N，永磁体转子最大输出扭矩为6.05 N·mm；驱动器的最大牵伸力较文献报道的 MAGEC 系统提高约 53.8%，转子最大扭矩较优化前提高约 5 倍；台架实验结果与有限元分析趋势一致。仿体实验中，在模拟肌肉约束力约150 N条件下可实现稳定牵伸与形态矫正，在复杂外部力学环境下具有良好的输出稳定性。结论 在体外等效生物力学条件下，弧形非闭合电磁驱动结构可提高体外驱动输出能力，并改善与脊柱生理曲度的力学匹配程度，具有一定的生物力学适配潜力，为EOS磁控生长棒系统的结构优化及后续临床前研究提供实验依据。
    基于机器学习的盆腔器官脱垂的预测模型
    杨璇 , 魏凌云 , 刘小春 , 陈维毅 , 王丽丽
    录用日期: 2026-03-06
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 利用机器学习（Machine Learning，ML）技术开发一种预测女性盆腔器官脱垂（Pelvic Organ Prolapse, POP）的可解释模型为临床诊断提供指导，并确定其关键的风险因素。方法 本研究挑选了595名女性，其中症状性POP患者137例，无症状性POP患者488例。应用Lasso回归对预测变量进行特征筛选。基于训练数据集，建立了四个机器学习模型：随机森林（Random Forest，RF）、极限梯度提升（eXtreme Gradient Boosting，XGBoost）、光梯度提升机（Light Gradient Boosting Machine，LightGBM）和自适应提升（Adaptive Boosting，AdaBoost）。根据受试者工作特征曲线（Area Under Curve，AUC）下面积、精确率-召回率曲线下面积（Area Under the?Precision?versus?Recall Curve，AUPR）评估模型的区分度，基于brier指数的校准曲线和DCA曲线评估模型的校准度和临床收益，并分析最优模型的特征重要性。结果 四种模型中，RF模型在预测女性POP方面性能最佳，其AUC和AUPR值分别为0.9144和0.8028，brier指数为0.098，临床收益在四种模型中最高。结论 研究表明绝经、BMI和多次阴道分娩是导致POP的关键因素，表明该预测模型在指导临床精准诊断的同时，深化了对POP发病机制的了解，为建立科学预防体系提供了重要参考依据。
    有限元分析不同植入角度下种植体形态及长度对下前牙初期稳定性的影响
    姜坤 , 魏文辉 , 郝小慧 , 李朕 , 李琦
    录用日期: 2026-03-06
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的：探讨不同种植体形态、长度及植入角度对下颌前牙区种植体与牙槽骨应力分布及微动的影响,评估其在垂直载荷下的初期稳定性。方法：基于下颌前牙区CBCT数据重建三维有限元模型,设置柱形与锥形种植体(10 mm与12 mm),并模拟0°、?10°、+10° 三种植入角度,共建立十二组模型。所有模型均施加120N垂直载荷,分析种植体及牙槽骨的Von Mise应力分布、应力峰值及种植体微动量。结果：种植体Von Mises 应力均主要集中于植体颈部区域；柱形种植体的应力峰值整体高于锥形种植体,且应力分布更为集中,而锥形种植体呈现相对分散的应力传递模式；在所有模型中,种植体对周围骨组织产生的 Von Mises 应力主要分布于种植体颈部及邻近唇侧皮质骨区域,其中柱形种植体在周围骨组织中的应力峰值高于锥形种植体；与长度为10 mm 组的种植体相比,12 mm 组种植体的 Von Mises 应力峰值及微动量均较低；随着植入角度偏离牙槽骨长轴,种植体及其周围骨组织的应力峰值和微动量均呈升高趋势,其中种植体向唇侧倾斜(+10°)时增幅更为明显；在各植入角度与长度条件下,锥形种植体的 Von Mises 应力峰值与微动量均低于柱形种植体。结论: 锥形种植体可有效改善应力分布并降低微动量,并且较长种植体在一定程度上有助于应力分散。因此下颌前牙区种植时应控制植入角度在合理范围内,在骨量不足时优先选择锥形种植体,以获得更理想的初期稳定性和修复预后。
    心脏瓣膜计算机建模仿真研究进展
    王盛章 , 蔡云寒 , 居佳怡
    录用日期: 2026-03-03
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    随着经导管心脏瓣膜置换术和修复术的快速发展，心脏瓣膜的建模仿真在心脏瓣膜产品研发、风险评估、手术规划等方面获得了越来越广泛地应用，并且发挥着越来越重要的作用。而随着人工智能在建模仿真领域的快速发展，心脏瓣膜建模仿真也呈现出一些新的发展方向和趋势，特别是快速建模和仿真使得基于建模仿真的术前规划成为可能。本文对近十多年来心脏瓣膜建模仿真的相关进展进行总结和分析，包括主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣等心脏的四个瓣膜及瓣膜疾病各种治疗器械，涵盖几何建模方法、数学物理建模方法、数值仿真算法、临床应用等领域。同时对心脏瓣膜建模仿真中的工程问题和难点以及其在器械研发和临床手术规划中的应用进行系统的总结和展望。
    反向梯度锌合金支架的结构设计及其降解力学行为的数值仿真
    蔡和芳 , 刘晨欣 , 张晗冰 , 刘有军 , 乔爱科 , 杜田明
    录用日期: 2026-03-03
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 大段骨缺损的临床修复面临骨移植材料骨量不足、免疫排斥等局限，人工骨支架需同时满足力学支撑、细胞浸润等需求。传统梯度支架外密内疏结构阻碍细胞迁移与组织整合，本研究设计了一种外疏内密的反向梯度同心圆多孔锌合金支架。方法 采用有限元模拟方法系统探究了圆环或连杆高度、同心圆间距对支架力学性能的影响，通过应力腐蚀耦合模型分析其降解行为，并通过流体力学分析支架内部流场特性对细胞生长和增殖的潜在影响。结果 支架弹性模量稳定在650~750MPa，与人体松质骨匹配，无应力屏蔽风险；同心圆间距对核心力学性能无显著影响，最大应力波动仅1.4%；应力腐蚀模拟中，反向梯度支架腐蚀后残余承载能力高于正向支架，且单元损失未破坏整体力学支撑能力。通过流体力学分析，反向结构得到支架更能为细胞的生长和增殖提供稳定的力学环境，并且其壁面剪切力更能促进细胞的增殖和分化。结论 本研究通过计算机模拟验证了反向梯度在力学以及促进细胞的生长增殖的相关性能优势，为骨修复支架的结构创新提供了理论参考。
    输尿管软镜导引鞘的姿态感知传感器研究
    焦追追
    录用日期: 2026-03-03
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 针对输尿管软镜碎石取石术（FURL）中导引鞘姿态实时监测困难的问题，提出一种基于石墨烯纳米墙（GNWs）的柔性传感器，以实现术中导引鞘弯曲角度与方向的高灵敏度、低成本实时感知。方法 设计并制备了集成于导引鞘前端的四通道柔性共形角度传感器阵列；通过流固耦合有限元仿真，系统研究不同灌注流速与弯曲角度下传感器的应变分布特性；搭建力学-电学测试平台，对传感器的灵敏度、重复性、迟滞、漂移及循环耐久性进行实验验证。结果 仿真结果表明，传感器应变与弯曲角度呈良好线性关系，且灌注流速对角度测量影响可忽略；实验结果显示，传感器在0~180°弯曲范围内响应稳定、重复性高，循环2000次后性能未发生显著衰减，通过四通道电阻变化及其矢量合成可准确识别弯曲方向与角度。结论 所研制的柔性共形传感器系统能够实现对输尿管软镜导引鞘姿态的有效监测，具有灵敏度高、稳定性好、鲁棒性强的特点，为术中导引鞘姿态实时反馈提供了一种可行的技术方案，有望提升手术操作的安全性与结石清除效率。
    基于全节段实验与有限元反演的猪主动脉超弹性参数库构建
    梁紫轲 , 贾冠一 , 刘博龙 , 唐锋 , 李雷
    录用日期: 2026-03-03
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    【目的】针对当前猪主动脉力学数据缺乏系统性、本构模型筛选缺乏系统依据,且材料参数缺乏有效的实验验证,本研究旨在通过系统的实验与仿真,构建一套高置信度的猪胸腹主动脉超弹性力学参数库。【方法】获取10头健康家猪的完整主动脉,系统划分为7个解剖节段,分别沿周向和轴向制备试样进行单轴拉伸实验,获取应力-应变曲线,基于实验数据,对比五种超弹性本构模型的拟合效能,优选最优模型并利用网格搜索算法进行批量参数拟合,后续通过有限元仿真反演单轴拉伸过程,验证参数的准确性。【结果】共获得751例有效数据,结果表明猪主动脉力学性能从近心端到远心端呈现极限拉伸强度递增而极限伸长率递减的梯度变化,同时表现出强烈的各向异性；通过综合评估,三参数Yeoh模型被确定为最优本构模型(R2 > 0.99),有限元反演验证显示,仿真曲线与实验曲线高度吻合,从而建立了涵盖各节段与方向的Yeoh模型参数库。【结论】本研究系统量化了猪胸腹主动脉力学特性的节段差异性与各向异性,成功筛选出Yeoh模型并建立了经过验证的、可靠的超弹性参数库,为后续主动脉疾病的生物力学研究及相关医疗器械的有限元仿真提供了精准的数据基础。
    肿瘤细胞力学生物学2025年度研究进展
    秦翔 , 杨雪 , 郭浩雨 , 刘贻尧
    录用日期: 2026-02-27
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    肿瘤细胞力学生物学通过解析肿瘤细胞及其微环境的力学特征，揭示转移、耐药和免疫逃逸背后的生物物理机制。2025年，原子力显微镜、微流控和力学表型芯片的深度融合，使肿瘤细胞、循环肿瘤细胞及肿瘤来源细胞外囊泡的纳米至单细胞力学表征实现了高通量和自动化，为液体活检和力学分型奠定了技术基础。受限迁移中的核力学开关、黏着斑和细胞骨架重塑以及Piezo1和TRPV4等力敏感离子通道的系统解析，构建了从细胞膜到细胞核的多级力学信号网络。肿瘤组织的细胞外基质硬化、细胞收缩力驱动的核药物外排等发现，将基质刚度和收缩力与化疗耐药、肿瘤免疫等临床结局紧密联系起来。本文围绕肿瘤细胞测量技术、力学信号转导机制及肿瘤微环境力学重塑三个层面，综述2025年肿瘤细胞力学生物学的代表性进展。
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