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  • 膝关节置换术后长期胫骨近端力学性能的预测
    吕林蔚 杨晨 宋阳 张春秋
    录用日期: 2022-08-12
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 分析膝关节单髁置换术(Unicompartmental Knee Arthroplasty, UKA)和全膝置换术(Total Knee Arthroplasty, TKA)后长期胫骨近端力学性能的变化,探究UKA和TKA失效原因。方法 建立健康、UKA、TKA胫骨近端有限元模型,利用Wolff骨重建理论结合有限元法预测胫骨近端的密度分布和应力分布。结果 UKA外侧踝平均应力基本不变,但呈增大趋势,平均密度增大2%,内侧踝平均密度减小了13%,平均应力均减小了11%。TKA外侧踝平均密度减小了1.5%,平均应力减小了14%,内侧踝平均密度减小了1.4%,平均应力减小了19%,假体末端平均密度增大了10%,平均应力增大了15%。结论 UKA、TKA假体的植入会造成应力遮挡现象,这可能是产生术后假体松动的主要原因。TKA假体末端应力增大,这可能导致TKA的失效。UKA非置换侧平均应力随着骨重建的进行不断增大这可能就导致了UKA中远期对侧骨关节炎恶化。研究结果可以为降低UKA、TKA并发症发生概率提供数据支持。
    -Gx对不同座椅靠背角假人模型颈部损伤的差异性研究
    张珺 李鸣皋
    录用日期: 2022-08-12
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 本实验基于假人模型,研究水平负向加速度(-Gx)作用下不同靠背角与颈部损伤的关系。方法 将假人模型面朝轨道方向,固定在加速度平台底座上,设置靠背角为17°、22°、30°三个实验组,每个实验组按照相同的加速度曲线分别进行10次重复试验,比较同一-GX条件下,颈椎上、下部加速度差异,通过曲线拟合计算颈部损伤指数NIC并比较。结果 颈椎上、下部在前后向、垂直向的加速度变化曲线形态一致,存在峰值差异;在前后向(X轴),靠背角22°实验组的加速度峰值稍高于其他2个靠背角实验组的加速度峰值;在垂直向(Z轴),靠背角22°实验组的加速度峰值明显低于其他2个靠背角实验组的加速度峰值;在前后向及垂直向,靠背角22°的实验组测得的NICmax较小,靠背角30°的实验组测得的NICmax次之,靠背角17°的实验组测得的NICmax较大。结论 靠背角度与颈部损伤之间呈非线性关系,本实验中在-Gx作用下,靠背角为22°时假人模型的颈部损伤较小。
    压缩载荷下不同应变判定皮质骨断裂准确性分析
    刘杰 戴晓锋 吴华杰 范若寻 贾政斌
    录用日期: 2022-08-12
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:皮质骨断裂仿真主要通过主应变或等效应变判定单元力学状态进行断裂模拟,但尚未有一个通用的断裂模拟应变判定准则。 方法:为找到适合压缩断裂工况下的应变判据,本文基于连续损伤力学理论进行皮质骨在压缩载荷下的断裂模拟。分别将等效应变与主应变设置为有限元模型单元损伤与失效判据进行断裂模拟,通过将两种预测结果与动物实验数据进行对比,以探究应用两种应变判据进行断裂模拟的准确性。 结果:应用等效应变判据模拟的断裂时间晚于应用主应变模拟;相比等效应变,应用主应变进行仿真所得结果与动物实验所得数值更为接近。 结论:压缩载荷下,应用主应变判定皮质骨单元力学状态进行断裂模拟较为准确。本文通过对比分析找到了准确模拟皮质骨在压缩载荷下断裂的数值方法,能够为临床中提高骨折预测精度提供一定帮助。
    瘤颈角度对腹主动脉瘤腔内修复术后支架位移的影响
    赵一鸣 曹皓瑶 岳键金 王家嵘 袁丁 魏泳涛 郑庭辉
    录用日期: 2022-08-04
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 腔内修复术(post-endovascular aneurysm repair,EVAR)是当前治疗腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm,AAA)的常用手段。但是临床发现,若患者的瘤颈严重成角,治疗后更容易发生支架位移。因此本研究旨在探索术前瘤颈角的大小对EVAR术后支架位移力及位移的影响。方法 本研究选用了28名AAA患者,并根据手术前瘤颈角度的大小分为:未严重成角组(n=14)和严重角度组(n=14)。根据患者真实CT图像,分别建立术前动脉瘤模型、术后两次随访的动脉瘤模型和覆膜支架模型。测量和对比术前瘤长度(Lsac)、瘤最大直径(Dmax)、术后两次瘤颈长度变化值、瘤体体积变化值和支架位移。通过计算流体力学的方法对术后第一次随访模型进行血流动力学分析。结果 研究发现:两组在瘤长度、Dmax、位移力、瘤颈长度变化和瘤体积变化上有明显差异;在支架的重心位移和近端位移无显著差异。此外,未严重成角组中发生2例内漏,而严重成角组中有4例。结论 严重的瘤颈成角可导致支架位移力显著增加以及近端锚固区减小,为此,在临床方面医生应加强对于严重瘤颈成角患者的术后随访,警惕远期内漏的发生。
    颈椎整骨手法的运动学与动力学研究
    童美萍 王辉昊 詹红生 潘富伟 王逸松 王玉鹏
    录用日期: 2022-08-04
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:同步采集和分析两种颈椎整骨手法的运动学与动力学参数,归纳其生物力学特征。方法:由1位高年资医师对10位健康受试者完成颈椎定位定向扳法和颈椎侧屈手法操作,施术者粘贴荧光标志球用于捕捉手法动作,并用压力触感手套和无线表面肌电系统采集并分析动力学参数和表面肌电信号。结果:上臂肌肉是颈椎整骨手法的主发力肌,其中肱二头肌的贡献率最高。颈椎定位定向扳法的运动幅度、速度、扳动作用力和时间都大于颈椎侧屈手法。颈椎定位定向扳法中肘关节的合速度约为67.48±31.21mm/s,三轴最大角速度分别为X轴36.07±11.39°/s,Y轴36.88±14.30°/s,Z轴6.31±3.54°/s;掌心的载荷峰值为9.25±3.91kg,扳动时间为200±86ms;拇指的载荷峰值为2.36±1.05kg,扳动时间为225±103ms;右侧肱二头肌的贡献率最高,为22.82%。颈椎侧屈手法中右肘关节的合速度为10.63±3.51mm/s,三轴最大角速度分别为X轴14.15±7.57°/s,Y轴32.90±11.67°/s,Z轴15.81±7.18°/s;掌心的载荷峰值为1.72±0.60kg,扳动时间为84±69ms;拇指的载荷峰值为1.32±0.69kg,扳动时间为84±56ms;右侧肱二头肌的贡献率最高,为12.83%。颈椎定位定向扳法中施术者各肌肉的iEMG和RMS都大于颈椎侧屈手法。结论:颈椎整骨手法的运动幅度、三维活动角度,扳动瞬间的载荷强度和时间,具备“高速、低幅和力强”的特点,体现出中医学中关于“寸劲”的生物力学特征,可以为进一步规范手法教学、训练以及提升临床安全性提供参考。
    基于鞋垫传感器测量垂直地面反作用力的算法
    邓盛中 戴厚德 陈昱光 万郅玙
    录用日期: 2022-08-01
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    提出一种高效、低成本的足底压力动态监测算法,通过电容式鞋垫传感器测量走路时垂直地面反作用力(Vertical ground reaction force,VGRF)的大小。 方法 受试者穿戴电容式鞋垫传感器在Kistler三维测力台上采集走路数据(快速行走、慢速行走),对电容式鞋垫传感器采集到的数据进行预处理,并通过残差神经网络ResNet18拟合得到高精度的垂直地面反作用力。 结果 与Kister测力台收集的数据分析比较,快速行走和慢速行走的标准化均方根误差(Normalized root mean square error,NRMSE)分别为8.16%和6.49%,皮尔森相关系数(Pearman correlation coefficient)均大于0.96。结论 本研究为垂直地地面反作用力的动态测量提供了一种实用、高精度的算法。
    流体剪切力下CD44-HA介导的MDA-MB-231细胞及HL60细胞的滚动黏附
    张颖 方颖 吴建华 林余 马琳琳
    录用日期: 2022-08-01
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探究胞外基质中的透明质酸(Hyaluronic acid, HA)如何调控血流中CD44+肿瘤细胞的黏附滚动行为。方法 采用平行平板流动腔装置,观察记录流场中MDA-MB-231细胞及HL60细胞在固定HA上的运动,提取细胞滚动黏附特征参数。结果 MDA-MB-231细胞在HA底板上的黏附受到HA浓度的正向调控,但不受HA分子量影响;与物理吸附相比,生物素-亲和素固定的HA可显著提高细胞的黏附比率。在0.03 ~ 0.05 Pa剪切力范围内,剪切力的增加加快了细胞的滚动速度、降低了细胞的黏附比率,但对细胞的栓缚时间影响不大。同样流场中,与MDA-MB-231细胞比较,CD44表达水平较低的HL60细胞在HA底板上的栓缚时间短、滚动速度快、黏附比率低(< 1.5%)。结论 流体剪切力可能通过调节CD44-HA的结合速率而非解离速率来调控MDA-MB-231细胞的滚动速度;CD44-HA相互作用参与HL60细胞的初始黏附,但不起主要作用。这为抗肿瘤药物的研究提供参考。
    开窗技术与平行支架技术治疗主动脉弓部病变的血流动力学研究
    卢楷 孙晓凡 彭臣 司逸 单艳 符伟国 王盛章
    录用日期: 2022-07-29
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 研究胸主动脉腔内修复术中开窗技术与平行支架技术对主动脉弓及弓上血管的血流动力学影响,并对比不同术式的差异。方法 研究四例采用不同术式(开窗技术、烟囱技术和潜望镜技术)重建弓上分支的主动脉弓部病变患者,通过随访影像数据建立三维几何模型。将二维相位对比磁共振成像测量的血流量作为升主动脉入口和弓上血管出口的边界条件。使用三单元Windkessel模型获得降主动脉出口的压力波形作为边界条件。通过计算流体力学仿真获得弓上血管压力、分支支架入口速度矢量以及相对滞留时间等血流动力学参数。结果 潜望镜支架的压力变化最大,其次是开窗支架,烟囱支架的压力变化最小。开窗支架和潜望镜支架的入口流速不均匀,容易形成涡流,烟囱支架入口流速均匀。开窗支架外壁远心侧、“沟槽”部位、烟囱支架和潜望镜支架与血管壁贴合处相对滞留时间偏大。结论 开窗支架和潜望镜支架内外壁压差较大,建议使用球扩支架。烟囱支架内外壁压差较小,建议使用自膨支架。本文预测的术后血栓形成位置与临床随访数据较为一致,因此有可能用于主动脉弓部病变介入治疗的手术规划和风险评估。
    内侧开放楔形胫骨高位截骨术治疗膝关节内侧单间室骨关节炎后的足底压力分析
    王朝阳 卿忠 支力强 昝强 单婳 尚磊 马建兵 徐超
    录用日期: 2022-07-29
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 分析内侧单间室膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)患者接受内侧开放楔形胫骨高位截骨术(medial opening wedge high tibial osteotomy,MOWHTO)治疗后的足底压力分布情况,从而为患者的手术治疗和康复提供生物力学参考。方法 选取31例行单侧MOWHTO治疗后的内侧单间室KOA患者作为实验组,同时以35例同年龄健康人群作为对照组,使用Pedomedic 40?足底压力测试系统进行动态足底压力的测试。通过比较步行状态下实验组(术侧及未术侧)与对照组不同足底分区的峰值压强(Max-P)、压力时间积分(FTI)和接触面积(CA),评估内侧单间室KOA患者MOWHTO术后的足底压力变化。结果 与未术侧和对照组相比,术侧第1跖骨区(MH1)的CA和FTI偏高(P<0.05),第4跖骨区(MH4)的CA偏小(P<0.001),第5跖骨区(MH5)的Max-P和FTI偏小(P<0.05),中足部外侧区(MF-L)的CA偏小(P<0.001),后足部内侧区(RF-M)的CA偏大(P<0.05)。未术侧与对照组相比,MH1、MH2的Max-P偏小(P<0.05),MH5的CA、FTI偏大(P<0.05),MFL的Max-P偏大(P<0.001),RFL的FTI偏大(P<0.05)。结论 内侧单间室KOA患者在MOWHTO术后和健康人相比存在足底压力残余异常,临床中还需要有针对性的强化康复治疗来恢复患者正常的足底压力分布。
    新型射频组织焊接电极的设计与实验研究
    邢绪坡 胡钟欣 韩正一 宋成利 毛琳
    录用日期: 2022-07-29
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 设计一种新型射频组织焊接电极以期在提高吻合口生物力学强度的同时减少组织热损伤。 方法 设计表面存在镂空结构的新型电极(梅花形电极),以环形电极作为对照组,在射频能量作用下完成肠道组织焊接,通过撕脱力和爆破压测试研究焊接吻合口的生物力学特性,采用有限元电-热-力多场耦合仿真分析和热电偶探针研究焊接过程中的组织热损伤,并对微观组织结构进行检查。结果 当焊接功率 120 W、焊接时间 8 s、压合压强 20 kPa时,肠道吻合口呈现最优的生物力学特性,相对于环形电极对照组,梅花形电极组吻合口生物力学强度更高,撕脱力和爆破压分别从 8.62±1.22 N、81.7±3.36 mmHg 增加到 9.54±1.24 N、89.4±4.15 mmHg,且组织热损伤显著减少,组织微观结构连接的更为紧密。 结论 该新型电极在提高吻合口生物力学强度的同时可减少组织热损伤进而实现更好的吻合效果。
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