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    • 微流控人工膜肺氧合器研究进展
    魏毅 , 张静隆 , 刘金成 , 乔永辉
    录用日期: 2025-01-22
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    微流控人工膜肺氧合器是一种利用微流控技术设计的高级体外生命支持设备，可以为严重呼吸衰竭等肺部疾病的患者通过体外循环提供氧合支持，相比于传统人工膜肺氧合器，具有更加优异的仿生设计，展现了提高疗效和降低并发症的潜力。本文综述了微流控人工膜肺氧合器在血流动力学、膜材料、生物相容性、气体交换效率、结构设计等方面的研究进展，分析了血液通道设计、材料、表面修饰技术等因素对微流控人工膜肺氧合器性能的影响，如仿生流动路径能减小剪切应力、内皮细胞衬里能显著减少凝血现象等。最后探讨了微流控人工膜肺氧合器的局限并对未来发展进行了展望，微流控人工膜肺氧合器还需要在生物相容性、便携性、可制造性和降低成本方面进行研究创新。
    基于三维步态分析学龄期斜颈儿童运动学时空参数及特征
    夏吕千千 , 李阳 , 俞艳 , 鲁潇莹 , 李一瀛 , 姜淑云
    录用日期: 2025-01-22
    [摘要](3) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 本研究旨在通过三维步态分析系统，评估6-12岁学龄期先天性肌性斜颈(Congenital Muscular Torticollis，CMT)儿童的运动功能，并分析其步行运动的时空参数和躯干及下肢的运动学参数，探讨CMT对儿童的生长发育可能产生的远期影响。方法 采用三维步态分析技术，对CMT儿童的步态进行详细评估并与正常儿童进行比较，分析躯干、骨盆及髋、膝、踝关节运动角度及范围，时空参数。纳入31名6-12岁CMT儿童为斜颈组，31名6-12岁正常儿童为对照组，并将斜颈组数据根据斜颈的患病侧分为健侧和患侧，三组间进行统计分析，计算运动学和时空参数的差异。结果 与同年龄段正常组儿童相比，斜颈组患侧、健侧的步长、步速、支撑相时间百分比、摆动相踝平均内翻角度、支撑相踝平均内翻角度、支撑相足偏角均值、足相对胫骨内旋平均角度、支撑相膝外翻角度均值、肩关节上下均值、着地肩关节高度三组间存在显著差异，其中斜颈组健患侧步长、步速、踝内翻角度、膝外翻角度、足外偏角度均显著低于正常组，支撑相时间百分比、足相对胫骨内旋角度高于正常组。结论 CMT儿童的整体运动发育异常在学龄期仍有残余表现，且对非受累侧同样产生影响，发生高低肩的风险较高，整体步行效率较同年龄段正常儿童减低，存在踝关节稳定性不足等下肢运动异常表现。
    骨质量差异对单髁膝关节置换假体稳定性的生物力学影响
    马张稳 , 许敬亭 , 樊一鸣 , 张静 , 陈瑱贤
    录用日期: 2025-01-20
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 假体松动是单髁膝关节置换术（UKA）术后翻修的主要原因，而患者骨质量特征是影响骨-假体固定界面稳定性的重要因素。方法 本文建立了UKA有限元模型，以个体化UKA骨肌多体动力学模型预测的膝关节内侧力和关节运动作为边界条件，量化研究了5种不同骨质量情况对胫骨近端范式等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及骨-假体固定界面微动的影响。结果 研究发现，骨质量强弱对胫骨近端范式等效应力和骨-假体固定界面接触应力的影响并不明显，骨质量强度相差最大的两组模型间胫骨近端范式等效应力峰值相差不超过5%，骨-假体固定界面接触应力峰值相差仅2.37MPa；但是骨质量强弱对骨-假体固定界面微动的影响显著，弱骨质量更容易引起骨-假体固定界面微动的变化，相比中性骨质量弱骨质量患者在20%步态周期时假体固定界面微动增加了84.67%。结论 骨质量较弱的UKA患者假体松动风险更高，建议医生应谨慎选择手术策略，以降低UKA术后翻修率。
    支架源性主动脉中膜力学损伤分析
    陈文桢 , 郭宝磊 , 刘浩飞
    录用日期: 2025-01-20
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 结合力学实验、连续损伤理论与有限元方法,提出覆膜支架引发主动脉中膜损伤的量化方法,研究不同支架放大率对血管壁中膜损伤的影响。方法 基于人主动脉夹层血管壁的单轴拉伸实验数据,确定包括损伤参数在内的夹层血管壁本构方程材料参数；建立有限元模型,对覆膜支架在血管内的释放过程进行数值模拟；确定损伤因子,分析不同支架放大率下血管壁的应力分布和损伤情况。结果 损伤因子与Von Mises应力的分布规律基本一致,最大值均位于靠近主动脉弓部的大弯侧,且血管壁远端锚定区均出现应力集中现象。二者峰值均随着支架放大率的增加而增大,当支架放大率为10%、15%和20%时,Von Mises应力的最大值依次为469kPa、480kPa和580kPa,增长量分别为2.3%和20.8%；损伤因子最大值依次分别为0.01、0.011、0.014,最大值分别提高了10%和27.3%。结论 支架放大率越大,损伤因子的峰值越大,峰值增长速度越快,血管壁损伤越严重；损伤因子分布与Von Mises应力分布情况基本一致,峰值位置均位于血管壁弓部大弯侧,提示损伤因子与Von Mises应力有较好的关联性,能较为准确地反映血管壁中膜层的损伤程度,为后期通过损伤因子评估腔内介入治疗的风险程度提供理论基础。
    人工关节假体磨屑提取分离、表征和识别的研究进展
    杨抒 , 刘瑞娟 , 张家振 , 翟豹 , 华子恺 , 丁金聚 , 刘斌
    录用日期: 2025-01-20
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    人工关节假体服役过程中产生的磨屑，会与骨组织发生反应并诱导骨溶解，严重影响人工关节假体的使用寿命。本文通过检索、总结、归纳和分析国内外不同人工关节材料磨屑的提取、表征以及识别的相关研究文献，以期为日后构建系统性、层次性的人工关节磨屑研究体系提供参考和可行思路。本文的主要发现为：1）强碱法、强酸法、蛋白酶法是目前提取人工关节磨屑的常用方法，研究人员明确了这三种磨屑提取方法的蛋白降解机制。2）体内外的磨屑表征多为髋、膝关节，少量涉及颈椎、脚踝关节，研究表明磨损颗粒的大小、数量、形状和体积受关节类型、接触区域、材料选择、植入时间等因素的影响。国内外均进行了体外模拟测试后磨屑的表征研究，但国内仍缺少临床取出物的磨屑表征分析。3）当前研究多为传统机械领域的磨屑识别，针对人工关节磨屑的智能识别研究较少，说明计算机技术在人工关节磨屑识别领域的应用存在一定的滞后性。
    基于多目标优化方法的Voronoi仿生多孔支架设计
    田素静 , 宫赫 , 张翔 , 高甲子 , 周立明
    录用日期: 2025-01-20
    [摘要](1) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 骨组织工程支架对于修复骨缺损起着非常重要的作用。对于不同程度的骨组织缺损，需要的支架尺寸和性能也不同。本研究提出了一种基于多目标优化的适用于不同骨缺损程度的Voronoi仿生多孔支架设计方法。方法 首先研究了支架的设计参数对力学性能和生物学性能的影响。然后建立了支架设计参数分别与支架性能指标（比表面积、弹性模量、屈服强度和渗透率）的响应面模型。最后以边长15 mm的立方体支架为例（假设骨缺损尺寸为边长15 mm的立方体），将骨组织弹性模量和渗透率范围作为性能约束，通过非支配遗传算法-Ⅱ对支架进行了多目标优化。结果 Voronoi支架的各向异性程度受种子点数的影响，支架尺寸和缩放因子均只影响其杆径和杆长；通过本研究的设计方法，得到了特定缺损尺寸下同时满足力学和生物学性能的最优支架；通过调整屈服强度权重因子来改变乌托邦点，得到了不同强度需求下的最优支架。结论 本研究提出了一种基于多目标优化的Voronoi多孔支架设计方法，可适用于不同程度的骨缺损，为骨组织工程支架的个性化设计提供了新的思路。
    基于流固耦合仿真的自体动静脉内瘘血流动力学分析
    王帆 , 郭金峰 , 张程 , 郭瑞欣 , 穆维娜 , 孔祥杰
    录用日期: 2025-01-16
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 研究自体动静脉内瘘（Autologous Arteriovenous Fistula，AVF）血流动力学，为降低其狭窄率提供理论依据。方法 本文针对自体动静脉内瘘优化模型进行了基于双向流固耦合的仿真研究，通过对不同吻合角度（30°、45°、60°和90°）的模型分别进行汇流和分流两种血流模式的仿真，分析了在一个心动周期内，不同时刻、不同吻合角度内瘘中的血管流场与壁面剪切力（Wall Shear Stress，WSS）的分布情况。结果 在汇流情况下吻合角度为60°模型的WSS值小于1 Pa的面积最小，且吻合角度为45°、60°和90°的模型在涡流大小和强度上区别并不大。而在分流情况下，45°吻合角度模型的WSS值小于1 Pa的面积最小，但吻合角度为60°的模型涡流强度和涡流分布面积最小，且与其他三个角度区别显著，并且60°吻合角度模型的WSS值小于1 Pa的面积与45°吻合角度模型的WSS值小于1 Pa的面积差别很小。结论 研究结果表明，无论内瘘的流动模式为汇流还是分流，建立吻合角度为 60°的内瘘有利于降低动静脉内瘘中血管狭窄的可能性。
    基于统计参数映射分析女性全身关节过度活动中跳深运动变异性
    黄 龙 , 江文娟 , 李 磊 , 李 晨 , 刘 晔
    录用日期: 2025-01-16
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 基于统计参数映射（statistical parametric mapping，SPM），分析全身关节过度活动（generalized joint hypermobility，GJH）女性下肢跳深运动变异性特征。方法 依据Beighton评分招募15名GJH女性（GJH组），匹配15名健康女性（正常组）；Qualisys红外光点运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集运动学、动力学数据；OpenSim计算关节运动角度、力矩；自定义Matlab脚本计算关节运动角度标准差曲线，并基于SPM分析两组在跳深离心、耦合、向心阶段运动变异性差异；此外，计算了关节屈曲最大角度、力矩（均值与标准差）加以佐证，通过Cohen’s d值评估效应量。结果 两组受试者在跳深的不同阶段均存在显著差异时段；在所有具有统计学差异的时段，GJH组关节运动角度标准差均高于正常组（P < 0.05）；差异主要集中于关节屈伸运动；耦合阶段不同高度下，GJH组膝关节屈伸运动角度标准差始终高于正常组（P < 0.001）；离散变量显示，不同高度下膝关节最大屈曲角度标准差存在显著差异，在30 cm高度下P = 0.001、Cohen’s d = 2.520，在40 cm高度下P = 0.014、Cohen’s d = 1.739，在50 cm高度下P = 0.005、Cohen’s d = 1.768；关节屈曲最大角度均值以及力矩均值、标准差无显著组别差异。结论 GJH女性在跳深过程中运动变异性高于正常女性，尤其是耦合阶段膝关节屈伸运动。过高的变异性反映了动作控制不足，降低了其抵抗外界干扰能力，易导致高风险运动模式（如过度屈曲、过度膝外翻）。
    基于超声共振谱的坐骨神经离断术后兔皮质骨细观力学特性测量
    王月 , 王蕊 , 沈飞 , 牛海军 , 樊璠
    录用日期: 2025-01-13
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 结合动物造模和超声共振谱测量技术，探索了坐骨神经离断对皮质骨细观力学特性的影响。方法 共5只新西兰大白兔进行单侧坐骨神经离断手术，并于术后第4周分别获取了术侧和正常侧胫骨皮质骨样本；在横观各向同性条件下，采用非规则超声共振谱技术获取骨样本的多个弹性常数（C11、C12、C13、C33和C44）、工程力学参数和各向异性比，并采用配对t检验方法评估两侧皮质骨力学特性的差异。结果 与正常侧相比较，术侧皮质骨组织在不同方向上的弹性常数（C11、C12、C13和C33）均呈下降趋势，下降幅度为8.49%~32.23%，轴向杨氏模量（E3）和泊松比（v31）分别减小5.85%和24.07%，但各向异性性质无明显变化。结论 采用坐骨神经离断方式进行皮质骨废用造模方法可行，该方法可以显著改变皮质骨的细观力学特性，弹性常数可以更全面的反映皮质骨力学性质的变化。
    下颌角截骨线设计方案在两种不同材料赋值下的生物力学研究
    陈曼 , 程云章 , 钱玉 , 张艺驰 , 林力 , 张天逸 , 柴岗
    录用日期: 2025-01-13
    [摘要](2) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的：本研究通过对比两种不同的下颌骨材料赋值方法：基于复合结构建模的均一赋值法和基于经验公式的非均匀赋值法，对三种截骨线设计方案进行正中咬合的术前模拟，以评估模型的生物力学特性。方法：选取三类下颌骨，获取CT图像，结合相关软件进行有限元建模。结果：均一赋值法得到的应力分布图显示应力分布范围比非均匀赋值法的大，但最大应力、应变和位移值普遍较低。对于外翻型和普通型下颌骨，方案一在两种材料赋值方法下都显示出较低的最大应力、应变和位移，但内收型没有找到明显合适的方案。结论：外翻型和普通型下颌骨更适合采用方案一的截骨线设计方案，对于内收型，可能需要考虑其他下颌角截骨整形手术的方式以保证更好的生物力学特性。无论是选择截骨线设计方案还是选取建模材料赋值方式，都需要根据具体的分析目的和资源条件综合考虑从而做出最终决策。
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