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数字化设计游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损的有限元分析
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作者 翟堃 刘东阳 +4 位作者 马坚 林志瑀 郑茂盛 马小琴 景捷 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第18期4582-4593,共12页
背景:游离腓骨肌皮瓣是目前修复单侧上颌骨缺损的重要手段,临床上多采用单层游离腓骨肌皮瓣及双层折叠式游离腓骨肌皮瓣修复单侧上颌骨缺损,但目前对于二者重建后上颌骨骨性支柱的恢复情况仍缺少相关的生物力学研究。目的:利用三维有限... 背景:游离腓骨肌皮瓣是目前修复单侧上颌骨缺损的重要手段,临床上多采用单层游离腓骨肌皮瓣及双层折叠式游离腓骨肌皮瓣修复单侧上颌骨缺损,但目前对于二者重建后上颌骨骨性支柱的恢复情况仍缺少相关的生物力学研究。目的:利用三维有限元法分析单层游离腓骨瓣及双层折叠游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损并模拟种植修复后各结构的生物力学特征。方法:收集1例拟行“上颌骨次全切除术同期血管化腓骨肌皮瓣修复重建”52岁男性患者的上颌骨、腓骨CT数据,将数据导入Mimics 21.0软件,通过数字化设计模拟行上颌骨次全切除术并建立单层及双层折叠腓骨修复上颌骨缺损三维模型,再将模型导入Geomagic Studio 2014、SolidWorks 2019、Ansys 18.0等软件建立正常上颌骨复合体(模型A)、模拟种植修复后单层游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损(模型B)及双层折叠游离腓骨瓣修复单侧上颌骨缺损(模型C)的三维有限元模型,分析比较各模型双侧后牙垂直加载对上颌骨、小钛板及种植义齿的应力分布情况及生物机械稳定性。结果与结论:①模型A、B、C上颌骨应力主要分布在健侧上颌骨近颧骨区域、重建侧腓骨区域以及双侧眶外侧、眶内侧和鼻根部区域;模型B在左侧梨状孔边缘处的应力值明显大于模型C且在该处出现明显红色应力集中区;②模型B在腓骨与牙槽突断端的连接区域在不同载荷下位移均大于模型C,两模型位移最大值出现在患侧加载250 N时,模型B为30μm,模型C为23μm;③模型B、C小钛板的最大应力均位于连接腓骨段与腓骨段之间的转折处的钛板,各载荷下两模型小钛板的最大应力值较为接近,模型B、C小钛板的最大位移在各载荷下均出现在连接腓骨与牙槽突断端小钛板的第一个钉孔处;位移最大值为模型B在该区域患侧加载250 N时,为27μm;④模型B、C种植体在3种载荷下应力均集中于各种植体颈部区域,两模型应力最大值位于末端种植体上,且模型C明显大于模型B,模型B最大应力为58.5 MPa,模型C为160.6 MPa。同时模型B、C最大位移均位于前端种植体上,位移值随载荷的增大而增大,且模型C最大位移值略小于模型B;⑤结果证实:单层式与双层折叠式游离腓骨瓣重建单侧上颌骨缺损后均能较好地恢复上颌骨生物力学支柱,但单层腓骨修复上颌骨在鼻旁处易产生应力集中,导致在受到较大外力作用时会增加该部位骨折的风险,因此采用双层折叠腓骨修复上颌骨更有利于其鼻旁支柱的恢复;这两种修复方式中采用双层折叠腓骨瓣较单层式具有更好的稳定性,但该方式种植义齿局部应力值更大。 展开更多
关键词 上颌骨缺损 双层折叠腓骨 种植义齿 有限元分析 应力 数字化设计 小钛板 生物力学支柱
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有限元分析弹性髓内钉治疗尺桡骨干双骨折不同进针点的力学差异
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作者 陈伟 杨玉亭 +1 位作者 王艳 聂伟志 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第15期3772-3779,共8页
背景:经皮弹性髓内钉治疗尺桡骨干双骨折桡骨的进针点主要有Lister结节和桡骨茎突两种选择,但针对上述两种进针点的对比未见报道。目的:通过三维有限元技术分别建立尺桡骨干双骨折Lister结节进针和桡骨茎突进针三维有限元模型,模拟人体... 背景:经皮弹性髓内钉治疗尺桡骨干双骨折桡骨的进针点主要有Lister结节和桡骨茎突两种选择,但针对上述两种进针点的对比未见报道。目的:通过三维有限元技术分别建立尺桡骨干双骨折Lister结节进针和桡骨茎突进针三维有限元模型,模拟人体前臂正常运动,分析其生物力学稳定性及安全性。方法:基于24岁正常成年男性尺桡骨CT图像重建尺桡骨几何形态,应用有限元分析Mimics软件建立尺桡骨干双骨折Lister结节进针和桡骨茎突进针两种不同进针点模型,于Ansys软件中分别对模型施加旋转、屈曲、拉伸、压缩应力,分析其生物力学变化。结果与结论:①通过三维有限元生物力学分析对比尺桡骨干双骨折两种进针点模型在不同应力下的最大位移、应力峰值及应力分布情况,发现Lister结节和桡骨茎突进针点均能有效控制断端移位,尤其在对抗屈曲应力上效果显著;②二者固定稳定性相近,桡骨茎突进针组对抗4种应力时最大位移值略小,但内固定应力更为集中;③两种模型都能有效分散压力,使骨骼应力均匀分布,骨骼及内固定峰值均集中于尺骨鹰嘴进针点,且桡骨茎突进针组在对抗屈曲应力时内固定应力峰值最大,有断钉或应力性骨折风险。 展开更多
关键词 弹性髓内钉 尺桡骨干双骨折 三维有限元 Lister结节 桡骨茎突 生物力学
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功能性踝关节不稳和健康人群运动疲劳前后急停侧切运动的生物力学分析
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作者 付光亮 鲍春雨 +3 位作者 孟庆华 王保臣 曹家兴 孙嘉伟 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第29期7572-7580,共9页
背景:全身性疲劳能够增加功能性踝关节不稳的损伤风险,同时急停侧切是踝关节损伤的高风险因素,目前全身性运动疲劳对功能性踝关节不稳人群急停侧切的生物力学机制尚未清晰。目的:量化功能性踝关节不稳者和健康人群在运动疲劳前后进行急... 背景:全身性疲劳能够增加功能性踝关节不稳的损伤风险,同时急停侧切是踝关节损伤的高风险因素,目前全身性运动疲劳对功能性踝关节不稳人群急停侧切的生物力学机制尚未清晰。目的:量化功能性踝关节不稳者和健康人群在运动疲劳前后进行急停侧切的运动学和动力学特征差异,揭示运动疲劳对功能性踝关节不稳者急停侧切的影响。方法:招募15名单侧功能性踝关节不稳受试者与15名健康受试者,均为男性,采集两组受试者运动疲劳前后急停侧切动作中的运动学(踝关节背屈、踝关节跖屈、踝关节内翻、膝关节屈曲、膝关节内翻、膝关节外翻、髋关节屈曲与髋关节外展角度峰值)和动力学(髋、膝、踝关节刚度)参数,采用双因素重复测量方差分析对关节角度峰值、关节刚度等指标进行统计分析;同时,利用统计参数映射法进一步分析运动疲劳对两组受试者踝关节角度与地面反作用力时间序列数据的影响。结果与结论:①运动学特征:双因素重复测量方差分析显示,踝关节内翻角度峰值、膝关节屈曲角度峰值、膝关节外翻角度峰值及髋关节屈曲角度峰值均存在显著的疲劳主效应和组间交互效应(P<0.05)。与运动疲劳前相比,功能性踝关节不稳组运动疲劳后的踝关节内翻角度峰值增加(P<0.05),两组运动疲劳后的膝关节屈曲角度峰值增加(P<0.05),健康对照组运动疲劳后的髋关节屈曲角度显著增加(P<0.05)。运动疲劳后,功能性踝关节不稳组踝关节内翻角度峰值与髋关节屈曲角度峰值小于健康对照组(P<0.05),膝关节外翻角度峰值与膝关节屈曲角度峰值大于健康对照组(P<0.05)。统计参数映射分析显示,功能性踝关节不稳组运动疲劳后侧切运动4%-18%阶段的踝关节内外翻角度峰值大于疲劳前(P<0.05)。②动力学特征:双因素重复测量方差分析显示,髋关节、膝关节和踝关节刚度均表现出显著的疲劳主效应与组别交互效应(P<0.05)。与运动疲劳前相比,健康对照组运动疲劳后的髋关节刚度、踝关节刚度下降(P<0.05),功能性踝关节不稳组运动疲劳后的膝关节刚度、踝关节刚度下降(P<0.05)。统计参数映射分析显示,功能性踝关节不稳组运动疲劳后侧切运动5%-16%阶段的垂直方向地面反作用力大于疲劳前(P<0.05),侧切运动35%-49%阶段的左右方向地面反作用力大于疲劳前(P<0.05)。③结果表明,运动疲劳改变了功能性踝关节不稳人群急停侧切动作中的运动学和动力学特征,尤其影响了膝关节和踝关节的稳定性和缓冲能力,疲劳降低了关节刚度和控制力、增加了损伤风险,尤其在侧切运动的初期和过渡阶段。 展开更多
关键词 功能性踝关节不稳 运动疲劳 非预期急停侧切 运动学 动力学 统计参数映射 神经肌肉控制 运动损伤预防
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考虑生长与重构的生物软组织非局部损伤本构参数反演
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作者 袁涛涛 姜昊 +4 位作者 左迪 路易超 杨海天 雷振坤 何宜谦 《工程力学》 北大核心 2026年第2期279-288,共10页
在生物软组织力学研究中,采用非局部损伤本构模型具有能够考虑内尺度变量和避免有限元网格依赖性的优点。现有文献报道中还很少有软组织非局部损伤本构参数反演的相关工作。该文提出一个求解非局部损伤反问题的数值模型,其主要优点在于... 在生物软组织力学研究中,采用非局部损伤本构模型具有能够考虑内尺度变量和避免有限元网格依赖性的优点。现有文献报道中还很少有软组织非局部损伤本构参数反演的相关工作。该文提出一个求解非局部损伤反问题的数值模型,其主要优点在于:通过数值求解反问题能够反演内尺度变量和生长重构相关的本构参数;采用一种考虑损伤-生长-重构耦合的非局部统一本构模型,能够在正问题分析中方便地建立损伤和修复变量的演化方程,同时避免有限元计算中的网格依赖性;采用了代理模型来替代非线性有限元正问题计算能够显著降低反问题求解的计算量。通过实施牛心脏主动脉软组织的离体拉伸实验和有限元模拟提供测量信息。数值算例的计算结果显示所提方法具有较好的反演精度和抗噪性,各项同性和各项异性的回代计算的曲线拟合参数分别为0.9879和0.9754。该文工作为软组织损伤本构参数识别提供了一种有效的数值模型。 展开更多
关键词 软组织损伤 反问题 非局部模型 生长与重构 代理模型
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三维有限元分析在颈椎病生物力学分析中的应用
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作者 刘广伟 梁龙 +6 位作者 尹逊路 朱立国 于杰 魏戌 韩昶晓 路广琦 冯敏山 《骨科》 2026年第1期92-96,共5页
近年来,三维有限元分析技术在骨科及其他医学领域应用越来越广泛。随着科技的发展和生活方式的改变,颈椎病的发病率逐年增高,且逐渐呈年轻化趋势。三维有限元技术在颈椎病相关研究中应用多年,本文从颈椎病有限元建模发展历史、颈椎各部... 近年来,三维有限元分析技术在骨科及其他医学领域应用越来越广泛。随着科技的发展和生活方式的改变,颈椎病的发病率逐年增高,且逐渐呈年轻化趋势。三维有限元技术在颈椎病相关研究中应用多年,本文从颈椎病有限元建模发展历史、颈椎各部位建模以及三维有限元在颈椎病研究中的价值这几个方面来进行文献检索和梳理,并基于目前现状提出展望,以期为后续研究提供参考。 展开更多
关键词 颈椎病 有限元分析 生物力学 应用价值
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3D打印异烟肼脂质体光热支架及性能评价
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作者 杨光 印治涛 许燕 《中国组织工程研究》 北大核心 2026年第26期6701-6709,共9页
背景:载抗结核药物骨支架在治疗过程中存在着释药前期易出现药物突释、释药后期药物释放不足导致病灶处药物浓度较低等问题,因此,在组织工程骨支架上搭建药物控释体系势在必行。目的:制备不同异烟肼脂质体掺杂比例的光热支架,表征该复... 背景:载抗结核药物骨支架在治疗过程中存在着释药前期易出现药物突释、释药后期药物释放不足导致病灶处药物浓度较低等问题,因此,在组织工程骨支架上搭建药物控释体系势在必行。目的:制备不同异烟肼脂质体掺杂比例的光热支架,表征该复合支架的力学性能和生物学性能。方法:采用薄膜水化法制备异烟肼脂质体,表征脂质体的微观形貌、包封率、载药量、粒径和Zeta电位。选定15 mg异烟肼作为单个载药支架总药量,将异烟肼药物粉末、占总药量2%的异烟肼脂质体粉末、占总药量5%的异烟肼脂质体粉末、占总药量8%的异烟肼脂质体粉末分别与支架基材(羟基磷灰石与β-磷酸三钙质量比为6∶4)、占支架基材质量分数3%的光热剂聚吡咯纳米颗粒混合均匀,制成挤出打印粉末,按质量比1∶1向挤出打印粉末中加入13%的聚乙烯醇凝胶,通过挤出式生物3D打印制备纯异烟肼支架与3种异烟肼脂质体光热支架,表征光热支架的微观形貌、孔隙率、力学性能、药物释放性能。采用4种支架浸提液分别培养小鼠胚胎成骨细胞MC3T3,通过MTT法检测支架的细胞毒性。结果与结论:(1)透射电镜下异烟肼脂质体为类球状囊泡,形状较为规整;异烟肼脂质体的包封率为(28.67±0.62)%,载药量为(3.54±0.19)%,平均粒径为(363.63±10.42)nm,平均Zeta电位为(-4.68±0.72)mV。(2)扫描电镜显示,相比于纯异烟肼支架,异烟肼脂质体光热支架内部产生较多孔隙;随着异烟肼脂质体含量的增加,光热支架的孔隙率呈升高趋势,抗压强度与弹性模量呈降低趋势,但仍能满足动物体内组织回植实验所需的最低抗压强度。异烟肼脂质体的掺入可有效解决支架释药前期的药物突释现象,并且释药前期的累积释药率与异烟肼脂质体掺杂量呈反比例关系;经808 nm近红外激光照射后,异烟肼脂质体光热支架的累积释药率较无近红外激光照射时增加,并且随着异烟肼脂质体掺杂量的增多,释药后期支架的光热控释性能更加显著。MTT检测显示,4种支架浸提液培养24,72,120 h的MC3T3细胞相对增殖率均大于70%,无明显的细胞毒性作用。结果表明,异烟肼脂质体光热支架具有良好的力学性能、药物控释性能与细胞相容性。 展开更多
关键词 骨结核 3D打印 载药支架 脂质体 聚吡咯 药物控释 生物材料
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慢性非特异性腰痛生物力学和中枢神经机制分析
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作者 李惠标 詹晓楠 +5 位作者 陈可 陈由美 杨菁 傅思颖 刘红 江征 《康复学报》 2026年第2期137-144,共8页
慢性非特异性腰痛(CNLBP)作为一种复杂的临床综合征,其临床机制涉及外周生物力学改变与中枢神经系统重塑。本综述从生物力学机制和中枢神经机制探讨CNLBP的临床机制。在外周机制方面,脊柱稳定性三大子系统(被动骨骼韧带系统、主动肌肉... 慢性非特异性腰痛(CNLBP)作为一种复杂的临床综合征,其临床机制涉及外周生物力学改变与中枢神经系统重塑。本综述从生物力学机制和中枢神经机制探讨CNLBP的临床机制。在外周机制方面,脊柱稳定性三大子系统(被动骨骼韧带系统、主动肌肉系统及神经控制系统)的协同功能障碍是CNLBP的重要病理学基础,具体表现为腰椎活动度受限、椎旁肌功能异常以及姿势控制障碍。CNLBP脊柱运动学的相关生物力学研究主要包括腰椎活动度、腰臀矢状面运动在CNLBP生物力学中的作用;CNLBP腰部肌肉的相关生物力学研究主要包括肌力、肌肉耐力在CNLBP生物力学中的作用;CNLBP姿势控制的相关生物力学研究主要包括本体感受能力、感知与视觉信息整合在CNLBP生物力学中的作用。但是,单纯外周机制难以完全解释CNLBP的临床症状异质性。神经影像学研究揭示了CNLBP患者“疼痛矩阵”的自发性神经活动及功能连接异常改变。具体表现为体感节点(如丘脑-躯体感觉皮层通路)功能抑制导致疼痛信息传递和调节异常;情感节点(如前额叶-边缘系统)功能紊乱导致疼痛情绪化相关;疼痛抑制节点(如导水管周围灰质)功能减弱导致内源性镇痛不足。这些中枢神经改变不仅与疼痛慢性化密切相关,还可能引发认知功能障碍和情绪障碍。“外周-中枢”双维度为探究CNLBP的临床机制提供了新的视角,也可为建立个体化、多维度的精准康复医疗体系提供支撑。 展开更多
关键词 慢性非特异性腰痛 生物力学 中枢神经机制 功能磁共振成像 疼痛矩阵
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呼吸系统疾病中的牵张力:从分子机制到多尺度模型的研究进展
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作者 彭西玲 吴媛媛 +2 位作者 吴晓杰 张斐凡 刘含 《中国病理生理杂志》 北大核心 2026年第2期361-368,共8页
肺是人体进行气体交换的关键器官,其功能的正常发挥高度依赖于生物力学微环境的动态平衡。其中,牵张力作为肺组织的重要生物力学特性,可通过调控信号通路转导及细胞行为,在呼吸系统疾病的发生和发展中扮演重要角色。近年来,针对牵张力... 肺是人体进行气体交换的关键器官,其功能的正常发挥高度依赖于生物力学微环境的动态平衡。其中,牵张力作为肺组织的重要生物力学特性,可通过调控信号通路转导及细胞行为,在呼吸系统疾病的发生和发展中扮演重要角色。近年来,针对牵张力在呼吸系统疾病中的作用机制,体内和体外研究均取得了显著进展。然而,现有综述多局限于单一疾病或特定分子机制,缺乏对多种呼吸系统疾病中牵张力作用的系统性比较和整合。基于此,本文系统总结了牵张力在多种常见呼吸系统疾病(如慢性阻塞性肺疾病、肺纤维化和肺癌等)中的关键调控机制,涵盖了基础研究、体内实验以及体外模型的最新成果。通过整合多疾病、多层次的生物力学机制,本文不仅填补了该领域的综述空白,还为靶向力学微环境的疾病干预策略提供了新的理论依据和研究思路。 展开更多
关键词 牵张力 肺纤维化 慢性阻塞性肺疾病 肺癌 器官芯片
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Exploring recent breakthroughs in robotic biomechanical and electrophysiological measurement tools
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作者 Hui-Yao Shi Si Tang +3 位作者 Jia-Lin Shi Peng Yu Chan-Min Su Lian-Qing Liu 《Biomedical Engineering Communications》 2026年第1期35-47,共13页
Single-cell biomechanics and electrophysiology measuring tools have transformed biological research over the last few decades,which enabling a comprehensive and nuanced understanding of cellular behavior and function.... Single-cell biomechanics and electrophysiology measuring tools have transformed biological research over the last few decades,which enabling a comprehensive and nuanced understanding of cellular behavior and function.Despite their high-quality information content,these single-cell measuring techniques suffer from laborious manual processing by highly skilled workers and extremely low throughput(tens of cells per day).Recently,numerous researchers have automated the measurement of cell mechanical and electrical signals through robotic localization and control processes.While these efforts have demonstrated promising progress,critical challenges persist,including human dependency,learning complexity,in-situ measurement,and multidimensional signal acquisition.To identify key limitations and highlight emerging opportunities for innovation,in this review,we comprehensively summarize the key steps of robotic technologies in single-cell biomechanics and electrophysiology.We also discussed the prospects and challenges of robotics and automation in biological research.By bridging gaps between engineering,biology,and data science,this work aims to stimulate interdisciplinary research and accelerate the translation of robotic single-cell technologies into practical applications in the life sciences and medical fields. 展开更多
关键词 BIOMECHANICS ELECTROPHYSIOLOGY micro-nano manipulation automated cell measurement ROBOTICS
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基于计算流体力学的高原弥散富氧实验笼气流组织仿真分析
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作者 徐宇 王宁 +3 位作者 佟世超 张晨旭 汤池 翟明明 《医学工程与医用气体》 2026年第1期1-6,共6页
高原弥散富氧研究所用实验笼内存在CO_(2)积聚与氧分布不均等问题,影响实验安全与数据可靠性。本研究采用计算流体力学方法,对高原弥散富氧实验笼的气流组织进行仿真分析。通过构建物理模型,设置对称通风口和大鼠呼吸参数,分析不同工况... 高原弥散富氧研究所用实验笼内存在CO_(2)积聚与氧分布不均等问题,影响实验安全与数据可靠性。本研究采用计算流体力学方法,对高原弥散富氧实验笼的气流组织进行仿真分析。通过构建物理模型,设置对称通风口和大鼠呼吸参数,分析不同工况下的气体分布特性。仿真结果表明,无通风时CO_(2)浓度聚集于大鼠呼吸区;通过优化通风量与送风速度,并协同30%供氧浓度,可使大鼠呼吸区氧浓度稳定至23.3%,CO_(2)浓度低于1000 ppm,富氧效率达25.56%。研究证实,优化气流组织是实现高原富氧微环境安全可控的关键,为高原人工富氧实验设备的设计提供了关键参数与理论依据。 展开更多
关键词 高原弥散富氧 弥散富氧实验笼 气流组织特性 通风
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不同固定方式对儿童胫骨远端骨骺损伤的稳定性影响 被引量:1
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作者 王晓明 拓哲 +4 位作者 童兴 杨明 孟海亮 刘趁心 汪兵 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期713-718,748,共7页
目的 探讨骨折块尺寸及固定方式对儿童胫骨远端骨骺损伤的生物力学稳定性的影响。方法 收集1名10岁志愿者下肢CT数据,建立不同尺寸骨折块(小、中、大)SH-Ⅱ型骨骺损伤三维有限元模型,分别使用1~3枚螺钉(1 S组、2 S组、3 S组)与克氏针(K... 目的 探讨骨折块尺寸及固定方式对儿童胫骨远端骨骺损伤的生物力学稳定性的影响。方法 收集1名10岁志愿者下肢CT数据,建立不同尺寸骨折块(小、中、大)SH-Ⅱ型骨骺损伤三维有限元模型,分别使用1~3枚螺钉(1 S组、2 S组、3 S组)与克氏针(K组)装配得到骨-内固定装配体,模拟重力、后抽屉和外旋3种工况,比较骨块及内固定应力与位移变化情况。结果 4组模型的最大位移均集中在骨折块远端。重力工况下小骨折块组(Small组)中1 S组、2 S组、3 S组和K组模型的骨折块远端最大位移分别为5.69、5.57、5.56和0.11 mm,骨头应力分别为16.95、12.26、8.57、5.00 MPa。螺钉固定易在骺板与骨折线处形成高应力区,克氏针固定则形成在骺板边缘。结论 使用螺钉治疗儿童胫骨远端骨骺损伤时,增加螺钉的数量可以提高固定稳定性,分担局部骨骼应力,但骨折块与骺板连接区域不能过小。克氏针固定能够提供优于螺钉固定的生物力学效果。 展开更多
关键词 儿童骨折 骨骺损伤 螺钉固定 克氏针固定 生物力学稳定性
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扁平足形成与治疗的生物力学研究进展 被引量:4
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作者 胡宗祥 李强 +2 位作者 刘卉 陈学灿 王向东 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期237-243,共7页
通过检索PubMed、Web of Science、中国知网和万方等数据库,对近年来发表的有关扁平足在生物力学上的成因和治疗方法的相关内容进行综述。其中,扁平足的形成原因包括先天性因素和后天性因素,而治疗方法主要有矫形鞋垫、物理疗法、手术... 通过检索PubMed、Web of Science、中国知网和万方等数据库,对近年来发表的有关扁平足在生物力学上的成因和治疗方法的相关内容进行综述。其中,扁平足的形成原因包括先天性因素和后天性因素,而治疗方法主要有矫形鞋垫、物理疗法、手术治疗和运动疗法。这些方法在一定程度上能够纠正足部结构异常,优化生物力学性能,提高足部的稳定性和活动范围。对于未来的研究,将利用先进的影像和仿真技术进行精确的病情评估,新型材料和非手术疗法的应用将能够长期缓解症状,而基因研究将推动早期诊断和个性化治疗的发展,智能矫形器的使用将实现实时监测和动态调整,从而为扁平足的评估、干预和治疗提供更多更有效的方法和手段。 展开更多
关键词 扁平足 矫形鞋垫 物理疗法 手术治疗 运动疗法 生物力学
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不同运动状态下锆铌合金髋关节假体植入前后的股骨应力分析
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作者 翟璁宓 刘博伦 +2 位作者 胡亚辉 朱建中 张春秋 《医疗卫生装备》 2026年第1期35-41,共7页
目的:研究锆铌合金髋关节假体植入前后股骨在慢走、常速行走、快走、上楼、下楼5种运动状态下应力分布的差异,并分析植入后股骨近端的应力屏蔽情况。方法:首先,利用Mimics、Geomagic、SolidWorks等软件建立三维股骨模型,并将股骨截骨后... 目的:研究锆铌合金髋关节假体植入前后股骨在慢走、常速行走、快走、上楼、下楼5种运动状态下应力分布的差异,并分析植入后股骨近端的应力屏蔽情况。方法:首先,利用Mimics、Geomagic、SolidWorks等软件建立三维股骨模型,并将股骨截骨后模型与锆铌合金髋关节假体模型装配。其次,将装配好的模型导入ABAQUS软件中进行有限元仿真分析,向股骨施加载荷,分析在快走、常速行走、慢走、上楼以及下楼5种运动状态下髋关节假体植入后股骨的应力水平。最后,根据股骨的几何特点,通过Gruen分区将股骨分为7个区,并分析各分区的应力屏蔽情况。结果:有限元仿真结果显示,在5种运动状态下,假体植入后的股骨应力水平高于假体植入前的应力水平,且上楼状态下股骨近端的应力较高;股骨近端大转子处和小转子处出现了不同程度的应力屏蔽现象,大转子处应力屏蔽现象较为明显,应力屏蔽率达到10.9%~14.1%,而股骨中远端几乎不存在应力屏蔽现象。结论:在慢走、常速行走、快走、上楼、下楼5种运动状态下,使用锆铌合金髋关节假体均能有效改善髋关节置换术后股骨的应力环境,减少股骨的应力屏蔽现象。 展开更多
关键词 锆铌合金 髋关节置换 髋关节假体 股骨应力 应力屏蔽 有限元分析
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基于神经血管代谢耦合模型的脑氧代谢
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作者 顾克楠 李鲍 +4 位作者 张丽媛 孙昊 王同娜 郭唤梅 刘有军 《北京生物医学工程》 2026年第1期8-15,38,共9页
目的临床上诊断大脑氧气代谢主要通过影像学检查,为了更加直观了解脑组织氧气消耗,本研究建立一个可以快速计算大脑各脑区脑组织微循环血流量与氧气消耗的神经-血管-代谢耦合模型。方法基于闭环人体血流循环系统建立脑微循环血流动力学... 目的临床上诊断大脑氧气代谢主要通过影像学检查,为了更加直观了解脑组织氧气消耗,本研究建立一个可以快速计算大脑各脑区脑组织微循环血流量与氧气消耗的神经-血管-代谢耦合模型。方法基于闭环人体血流循环系统建立脑微循环血流动力学模型,通过对脑电信号进行逆向溯源计算得到神经活动信号,结合神经-血管调节关系与微循环氧气输送模型,建立全脑68分区神经-血管-代谢耦合模型,通过改变血流动力学模型结构探究颈动脉狭窄引起的大脑脑组织氧气消耗变化。结果通过与文献实测值对比,本研究的脑微循环血流动力学模型计算值与实测值的均方误差为0.1%,通过输入运动想象神经活动信号,验证了模型可以正确反映相应脑区脑组织氧气消耗变化。针对颈动脉狭窄引起的大脑脑组织氧气消耗变化,本研究发现由于侧支循环代偿机制的存在,颈动脉达到中度狭窄程度时,对于氧气消耗的影响就已经达到最大,同时不同颈动脉狭窄发生狭窄时,大脑脑区受影响程度有所不同。结论本研究建立的神经-血管-代谢耦合模型可以快速计算大脑68分区脑组织微循环血流量与氧气消耗,在脑血管疾病发生时帮助医生快速评估大脑功能受到的影响。 展开更多
关键词 脑氧代谢率 脑血流量 脑电信号 脑微循环 数值模拟
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运动功能障碍生物力学2024年度研究进展 被引量:3
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作者 牛文鑫 高雨佳 单绵佳 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期263-270,共8页
运动功能障碍严重影响人的生活质量,是当前人类面临的最主要健康问题之一。运动与康复生物力学研究关注运动功能障碍,为运动功能评估、功能障碍干预技术和设备开发提供理论基础。2024年,运动功能障碍的生物力学研究领域成果丰硕。本文... 运动功能障碍严重影响人的生活质量,是当前人类面临的最主要健康问题之一。运动与康复生物力学研究关注运动功能障碍,为运动功能评估、功能障碍干预技术和设备开发提供理论基础。2024年,运动功能障碍的生物力学研究领域成果丰硕。本文从运动功能的非接触评估、智能化功能障碍分类分级、运动功能障碍的神经生物力学机制3个方面,总结近1年来的研究进展,并探讨未来发展方向。 展开更多
关键词 运动功能 功能障碍 脑肌耦合 人机工程 康复生物力学 运动生物力学
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不同胫骨隧道角度重建后交叉韧带术后移植物应力有限元分析 被引量:1
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作者 李媛 王腾骄 +3 位作者 薛军 李志强 高林翼 武建康 《生物医学工程与临床》 2025年第1期12-23,共12页
目的通过三维有限元分析研究不同胫骨隧道角度解剖单束重建后交叉韧带(PCL)术后移植物的应力分布及胫骨隧道的变化情况,从生物力学角度寻找最优的胫骨隧道角度。方法选择1例健康成年男性志愿者膝关节伸直位的CT和MRI图像,通过Mimics、Ge... 目的通过三维有限元分析研究不同胫骨隧道角度解剖单束重建后交叉韧带(PCL)术后移植物的应力分布及胫骨隧道的变化情况,从生物力学角度寻找最优的胫骨隧道角度。方法选择1例健康成年男性志愿者膝关节伸直位的CT和MRI图像,通过Mimics、Geomagic、Solidworks软件构建膝关节三维有限元模型并模拟PCL解剖单束重建。在矢状位上分别建立40°、45°、50°、55°、60°胫骨隧道,然后导入ANSYS软件对三维重建的膝关节分别施加5种模式的应力:在股骨顶端施加750 N的纵向载荷;胫骨远端施加10 N·m内外翻扭矩、5 N·m内外旋扭矩,分析在不同胫骨隧道角度下,移植物在胫骨隧道出口处的应力的分布情况及胫骨隧道的变化。结果移植物的最大等效应力和切应力主要分布在股骨隧道入口的后侧和胫骨隧道出口的前侧(等效应力在股骨端施加轴向扭矩、膝内翻、膝外翻、膝内旋、膝外旋,TTA为40°、45°、50°、55°、60°时分别为17.94、21.64、26.89、22.23、17.51 MPa,6.14、5.66、6.64、6.67、2.76 MPa,6.87、7.30、8.82、7.48、7.72 MPa,14.45、16.91、21.64、17.02、13.91 MPa,9.66、11.19、14.46、10.75、8.90 MPa;切应力在股骨端施加轴向扭矩、膝内翻、膝外翻、膝内旋、膝外旋,TTA为40°、45°、50°、55°、60°时分别为2.87、3.47、3.01、3.36、3.22 MPa,1.21、1.44、1.25、1.39、0.49,0.58、0.66、0.67、0.71、0.65 MPa,2.09、2.33、2.10、2.28、2.04 MPa,4.06、4.47、6.39、4.21、3.67 MPa)。不同胫骨隧道角度重建PCL后移植物的最大主应力主要位于股骨隧道入口的前后侧和胫骨隧道出口的前侧(在股骨端施加轴向扭矩、膝内翻、膝外翻、膝内旋、膝外旋,TTA为40°、45°、50°、55°、60°时分别为24.22、28.33、34.11、27.14、25.48 MPa,7.81、7.26、8.32、8.15、3.36 MPa,8.78、9.01、10.90、9.05、10.28 MPa,20.06、22.97,、27.75、21.43、20.60 MPa,3.34、3.37、3.39、3.26、2.55 MPa)。胫骨隧道出口的最大等效应力分布在隧道壁的前侧和后侧(在股骨端施加轴向扭矩、膝内翻、膝外翻、膝内旋、膝外旋,TTA为40°、45°、50°、55°、60°时分别为18.16、17.73、16.20、16.32,、12.52 MPa,9.24、9.03、8.31、8.22、2.36 MPa,10.54、10.52、10.04、9.97、9.81 MPa,10.70、10.94、9.92、10.09、7.53 MPa,5.22、5.89、6.00、6.17、6.06 MPa)。结论当胫骨隧道角度在50°附近时可以缓解移植物应力及胫骨隧道出口周围的应力的分布。 展开更多
关键词 后交叉韧带重建 胫骨隧道 移植物 应力分布 有限元分析
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基于肌肉-韧带-肌腱鞘模型的踝关节力矩估计方法
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作者 徐鹏 张歆悦 孙容磊 《北京生物医学工程》 2026年第1期54-59,66,共7页
目的提出一种基于肌肉-韧带-肌腱鞘模型的踝关节力矩估计新方法,以提高关节力矩估计的准确性。方法将韧带的弹性、肌腱鞘的阻尼特性与Hill肌肉模型相结合,同时考虑足踝悬空时的惯性效应和肌肉筋膜的影响,构建一种踝关节力矩估计新模型... 目的提出一种基于肌肉-韧带-肌腱鞘模型的踝关节力矩估计新方法,以提高关节力矩估计的准确性。方法将韧带的弹性、肌腱鞘的阻尼特性与Hill肌肉模型相结合,同时考虑足踝悬空时的惯性效应和肌肉筋膜的影响,构建一种踝关节力矩估计新模型。该模型的输入包括踝关节的关节角度以及腓肠肌和胫骨前肌的表面肌电信号,输出为踝关节的力矩信息。利用Vicon动捕系统和Biometrics肌电设备采集了人体在小腿悬空条件下踝跖背屈的运动学数据和主要肌肉的表面肌电数据,通过将运动学数据输入到OpenSim软件中计算参考力矩,采用内点法优化模型参数,并将肌肉-韧带-肌腱鞘模型和Hill肌肉模型力矩估计结果与参考力矩进行比较,选用均方根误差和相关系数作为评价指标。结果根据受试者踝关节跖背屈运动和肌电信息实现了踝关节力矩的估计。与Hill肌肉模型力矩估计结果相比,均方根误差减小了0.0018~0.0410 N·m,相关系数均在95%以上。结论基于肌肉-韧带-肌腱鞘模型的踝关节力矩估计新方法,通过综合考虑韧带的弹性、肌腱鞘的阻尼特性以及足踝悬空跖背屈时的惯性效应,有效提高了关节力矩估计的准确性,在实际应用中具有可行性和优越性。 展开更多
关键词 关节力矩 跖背屈运动 Hill肌肉模型 韧带 OpenSim
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后路寰枕斜坡螺钉枕颈固定的生物力学有限元分析
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作者 王扬 胡旭栋 +4 位作者 阮超越 顾勇杰 刘观燚 马维虎 罗昵 《中国脊柱脊髓杂志》 北大核心 2025年第2期183-193,共11页
目的:利用有限元分析研究后路寰枕斜坡螺钉(atlantoccipital transarticular-clivus screw,TACL)枕颈固定的稳定性及其应力影响。方法:应用志愿者枕颈CT数据建立正常枕颈模型,验证模型有效性后建立枕颈失稳模型和6种枕颈固定的有限元模... 目的:利用有限元分析研究后路寰枕斜坡螺钉(atlantoccipital transarticular-clivus screw,TACL)枕颈固定的稳定性及其应力影响。方法:应用志愿者枕颈CT数据建立正常枕颈模型,验证模型有效性后建立枕颈失稳模型和6种枕颈固定的有限元模型:枕骨螺钉(occipital screw,OS)+寰椎侧块螺钉(C1 lateral mass screw,C1LMS)+枢椎椎弓根螺钉(C2 pedicle screw,C2PS)、OS+寰枕关节螺钉(atlantoccipital transarticular screw,TA)+C2PS、OS+TACL+C2PS、枕骨髁螺钉(occipital condyles screw,OcC)+C1LMS+C2PS、TA+C2PS、TACL+C2PS,对模型赋值材料参数,在枕骨上表面施加40N的垂直向下压力模拟头部重力,施加1.5N·m扭矩,使模型产生屈伸、侧弯和旋转运动,比较各枕颈固定模型在不同工况下的稳定性、置入物应力分布情况以及骨骼应力分布情况。结果:建立的正常枕颈模型生理状态下的活动度与文献报道的结果相近,在屈、伸、侧弯、旋转工况下的活动度分别为19.53°、17.37°、10.44°、38.74°;失稳模型在屈、伸、侧弯、旋转工况下的活动度分别为26.17°、18.90°、10.99°、42.30°,较正常模型分别增加34.00%、8.82%、5.34%、9.20%。6种内固定模型在相同工况下的活动度均减小。相较于失稳模型,TACL+C2PS在前屈、后伸、侧弯、旋转工况下削减了97.43%、94.06%、96.68%、99.01%的活动度。在相同工况下TACL+C2PS的内固定应力峰值为241.00MPa、241.2MPa、166.94MPa、168.8MPa,OS+TACL+C2PS的内固定应力峰值为295.00MPa、295.00MPa、73.54MPa、81.40MPa;内固定应力集中于连接棒中部和TACL尾部,且两种应用TACL固定技术的模型对骨骼的切割应力均较小,较其他枕骨固定技术具有更合理的应力分布。结论:后路TACL作为枕骨侧固定的技术可以满足枕颈固定的力学强度要求,相较于其他单独应用的枕骨固定技术,具有更优异的稳定性和应力分布,其与后路OS联合应用具有更强的力学稳定性。 展开更多
关键词 枕颈固定 寰枕斜坡螺钉 内固定 有限元分析
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密质骨建模方式对国人第95百分位骨盆生物力学响应的影响
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作者 崔世海 陈威佐 +2 位作者 李海岩 贺丽娟 吕文乐 《医用生物力学》 北大核心 2025年第1期187-193,共7页
目的 构建国人第95百分位具有真实解剖学结构的骨盆有限元模型,探究密质骨建模方式对真实骨盆整体生物力学响应的影响。方法 基于第95百分位男性志愿者骨盆医学影像数据,构建以六面体单元为主的具有真实髋骨密质骨厚度(REA-M)和2 mm均... 目的 构建国人第95百分位具有真实解剖学结构的骨盆有限元模型,探究密质骨建模方式对真实骨盆整体生物力学响应的影响。方法 基于第95百分位男性志愿者骨盆医学影像数据,构建以六面体单元为主的具有真实髋骨密质骨厚度(REA-M)和2 mm均匀密质骨厚度(CON-M)骨盆有限元模型,采用仿真方法重构尸体试验加载工况,通过对比尸体试验结果和仿真结果验证模型的有效性,并探究两种模型在不同工况下的生物力学响应差异。结果 仿真结果表明,两种骨盆模型的整体力学响应与尸体试验结果存在较强相关性,且两种模型之间的力学响应差距多在8%之内,二者的相关性评分差值小于2%。结论 通过重构多个仿真试验验证了本文所建CON-M和REA-M两种骨盆模型的有效性,两种模型的生物力学响应有差异,但力学响应差异较小。从简化模型的角度,可以使用CON-M模型研究骨盆的生物力学响应。 展开更多
关键词 国人第95百分位骨盆有限元模型 高生物仿真度 仿真试验 密质骨厚度 生物力学响应
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基于50%重叠移动渐进变形壁障工况6岁儿童乘员后倾坐姿对胸腹部损伤影响
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作者 李海岩 孙三昊 +3 位作者 王彦鑫 崔世海 贺丽娟 吕文乐 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1309-1317,共9页
目的研究6岁儿童乘员后倾坐姿在正面碰撞中胸腹损伤风险,为儿童乘员约束系统研发提供参考。方法应用具有详实解剖学结构且经过验证的3种坐姿6岁儿童乘员生物力学模型,加载某运动型多用途汽车碰撞试验中的减速度曲线,分析儿童乘员坐姿对... 目的研究6岁儿童乘员后倾坐姿在正面碰撞中胸腹损伤风险,为儿童乘员约束系统研发提供参考。方法应用具有详实解剖学结构且经过验证的3种坐姿6岁儿童乘员生物力学模型,加载某运动型多用途汽车碰撞试验中的减速度曲线,分析儿童乘员坐姿对其胸部运动轨迹、胸部加速度、胸腹部压缩量、胸腹部黏性指数(viscous criterion,VC)、胸腹部内脏器官应变以及脊椎应力的影响。结果3种坐姿下6岁儿童乘员胸部运动轨迹在Z向呈现差异性,随着儿童乘员上躯干角度增加,胸腹部运动学损伤参数呈递增趋势。与105°标准坐姿相比,120°、135°坐姿下胸部VC分别增加67%和113%,腹部VC分别增加10.7%和25%。胸部内脏组织损伤风险与坐姿角度呈负相关,腹部内脏组织损伤风险与坐姿角度呈正相关。脊椎损伤机制主要为压缩-弯曲损伤。结论儿童约束系统防护评价应综合考虑胸腹部运动学参数、内脏器官生物力学参数以及脊椎损伤风险。研究结果对智能驾驶系统中6岁儿童乘员约束系统研发及乘员保护策略制定具有重要的应用价值。 展开更多
关键词 智能座椅 胸腹部损伤 儿童乘员 后倾坐姿 儿童约束系统
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