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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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扁平足形成与治疗的生物力学研究进展 被引量:1
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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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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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经颅直流电刺激结合抗阻训练对大学生引体向上成绩的影响作用及潜在机制
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作者 王乐军 马童昕 +3 位作者 闫嘉淇 李倩 龚铭新 牛文鑫 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期570-579,共10页
目的 探讨经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)结合抗阻训练对大学生完成引体向上成绩的影响作用,并从神经肌肉活动控制角度探讨训练干预产生作用的潜在机制。方法 25名男性大学生志愿者随机分为tDCS结合抗... 目的 探讨经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)结合抗阻训练对大学生完成引体向上成绩的影响作用,并从神经肌肉活动控制角度探讨训练干预产生作用的潜在机制。方法 25名男性大学生志愿者随机分为tDCS结合抗阻训练组(试验组)和单纯抗阻训练组(对照组),12名对照组受试者接受持续8周、每周3次、每次4组、每组12次动作重复的高位下拉力量训练干预,13名试验组受试者在对照组所采用的训练基础上,在每次训练前进行20 min的tDCS干预。在训练干预前后分别对受试者进行高位下拉静态自主最大收缩力(maximal voluntary contraction,MVC)、80%一次最大重复(one repetition maximum,1RM)负荷高位下拉最大重复次数和常规引体向上动作测试。在引体向上动作测试过程中记录上肢主要用力肌肉的表面肌电信号。结果 训练干预后,试验组和对照组引体向上完成次数分别提高了1.74倍和1.42倍,两组受试者MVC和80%1RM负荷高位下拉最大重复次数也都显著提升,但两组受试者上述指标差异皆无统计学意义。训练后两组受试者主动肌肱桡肌、三角肌后束、胸大肌的激活水平皆显著下降。此外,试验组受试者在训练后拮抗肌肱三头肌的共激活水平由0.50±0.22显著下降到0.37±0.09,而对照组在干预前后无显著变化。结论 持续8周的tDCS结合抗阻训练和单纯抗阻训练显著提升大学生引体向上成绩,可能与两种训练皆可以显著提升主动的肌肉收缩能力有关。tDCS结合抗阻训练可以更有效地降低引体向上动作过程中肱三头肌的共激活水平,提高肘关节肌肉的收缩效率。 展开更多
关键词 经颅直流电刺激 高位下拉 引体向上 共激活 神经肌肉调控
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内侧副韧带松解对全膝关节置换后膝关节下蹲运动的影响
7
作者 曲海军 肖忠旭 +5 位作者 杜国凯 巴战生 李强 王金武 张晓辉 王建平 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1136-1143,共8页
目的研究内侧副韧带(medial collateral ligament,MCL)松解对全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)术后下蹲运动的影响,为膝关节置换术中韧带松解提供参考数据。方法基于志愿者CT和MRI图像,建立包括骨组织以及主要软组织的自然膝... 目的研究内侧副韧带(medial collateral ligament,MCL)松解对全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)术后下蹲运动的影响,为膝关节置换术中韧带松解提供参考数据。方法基于志愿者CT和MRI图像,建立包括骨组织以及主要软组织的自然膝关节三维几何解剖模型。模拟TKA手术建立人工膝关节有限元模型,分别模拟MCL上端、下端和两端松解30%后下蹲运动,并提取膝关节屈曲0°~135°运动特征数据。结果不同部位松解对膝关节下蹲运动的影响不同。下端松解后,股骨相对胫骨的内移、后移、上移和内收分别增大13.74%、3.83%、9.74%、2.37%,外旋减小36.8%;上端松解使内移、后移分别增大10.65%、10%,上移、内收和外旋分别减小4.52%、33.89%、67.1%;两端松解后,内移、后移和上移分别增大14.77%、9.39%、22.56%,内收和外旋分别减小15.62%、47.3%。结论MCL松解后,股骨相对胫骨的内移、前移、上移、外展增大,外旋减小。下端松解对股骨的这些运动影响最小,优势明显。 展开更多
关键词 膝关节置换 内侧副韧带 胫股关节 下蹲运动 有限元分析
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一种基于双平面高速摄影的膝关节三维运动测量技术
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作者 王建平 张俊 +5 位作者 王彦清 李强 王金武 赵冬冬 曾西 胡海 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期412-420,共9页
目的 测量健康志愿者和全膝关节置换(total knee arthroplasty, TKA)术后患者的膝关节三维运动。方法 建立膝关节胫股骨的坐标系,并据此在骨标志处粘贴标记点,随后采用双平面高速摄影测量方法进行人体膝关节三维运动测量,并依据坐标变... 目的 测量健康志愿者和全膝关节置换(total knee arthroplasty, TKA)术后患者的膝关节三维运动。方法 建立膝关节胫股骨的坐标系,并据此在骨标志处粘贴标记点,随后采用双平面高速摄影测量方法进行人体膝关节三维运动测量,并依据坐标变换进行数据处理。结果 对比内收外展、内外旋转、内外平移和近远端移动的峰值,人工膝关节大于健康膝关节(P<0.05),但在后移上两者之间的差异没有统计学意义(P=0.05)。结论 通过测量健康志愿者与TKA患者的膝关节运动,揭示了两者在膝关节运动上的差异,说明了双平面高速摄影技术在膝关节运动学测量的有效性。 展开更多
关键词 高速摄影 膝关节 全膝置换术 步态 三维运动
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内镜辅助下髓核摘除术后纤维环缝合对腰椎生物力学影响的有限元分析
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作者 白明 银和平 +4 位作者 李树文 吴一民 张杨 张海斌 邢文华 《中国脊柱脊髓杂志》 北大核心 2025年第9期948-955,共8页
目的:建立内镜辅助下髓核摘除术后纤维环切口未缝合和纤维环切口缝合的有限元模型,分析髓核摘除术后是否缝合纤维环对腰椎生物力学影响。方法:招募1名健康男性青年志愿者,27岁,经腰椎CT检查排除脊柱畸形、肿瘤等骨病,将L4/5节段的CT扫... 目的:建立内镜辅助下髓核摘除术后纤维环切口未缝合和纤维环切口缝合的有限元模型,分析髓核摘除术后是否缝合纤维环对腰椎生物力学影响。方法:招募1名健康男性青年志愿者,27岁,经腰椎CT检查排除脊柱畸形、肿瘤等骨病,将L4/5节段的CT扫描结果输入三维重建软件Mimics中提取腰椎轮廓,应用Geomagic、Solidworks和Workbench软件模型实体化处理,建立正常L4/5模型、L4/5髓核摘除术后纤维环切口未缝合模型(纤维环未缝合模型)和L4/5髓核摘除术后纤维环切口缝合模型(纤维环缝合模型)。测量模型椎间活动度、小关节Von-Mises应力、纤维环Von-Mises应力,与既往发表的研究比较验证。验证后,三种模型固定L5椎体下端,在L4椎体上端施加500N轴向载荷,在前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转6种情况下分别施加7.5N·m的弯矩载荷,测量并分析不同载荷下三种模型的L4/5间隙椎体活动度、小关节及纤维环Von-Mises应力等生物力学特性。结果:建立的三种有限元模型,6种运动状态下的数据与既往文献报道的数据比较无明显偏差,验证模型有效。应力云图结果显示各运动状态下高应力区存在于椎间盘纤维环未缝合缺损处及周边小关节突部位。与正常模型比较,纤维环缝合模型的椎间活动度分别为8.6802°、8.596°、4.8514°、5.0249°、2.2474°、1.9092°,纤维环未缝合模型分别为8.7475°、8.9453°、5.6441°、5.2546°、2.5886°、1.9487°,纤维环缝合模型活动度较正常模型增加了9%、19%、44%、38%、50%、40%;与纤维环未缝合模型比较,分别降低了1%、4%、14%、4%、13%、2%。纤维环缝合模型在六种运动工况下的纤维环Von-Mises应力与正常模型比较,分别升高2%、65%、21%、32%、51%、38%,与纤维环未缝合模型比较,分别降低8%、48%、52%、10%、37%、48%。纤维环缝合模型小关节Von-Mises应力值为12.109MPa、8.3601MPa、13.998MPa、12.969MPa、10.219MPa、10.074MPa,纤维环未缝合模型分别为13.399MPa、9.6094MPa、18.175MPa、17.967MPa、12.409MPa、11.6384MPa,纤维环缝合模型小关节Von-Mises应力值较正常模型增加了5%、10%、32%、17%、31%、34%;与纤维环未缝合模型比较,分别降低了9%、13%、22%、27%、17%、13%。结论:在构建的L4/5三种有限元模型中,纤维环缝合模型椎间活动度、小关节及纤维环Von-Mises应力均优于纤维环未缝合模型,有利于提高椎体间稳定性。 展开更多
关键词 纤维环缝合 有限元分析 生物力学
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基于样本熵方法分析人体平衡动态调整特征
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作者 马越 高毅 王新 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1214-1221,共8页
目的运用样本熵(sample entropy,SEn)探究人体站立平衡能力及其随时间尺度的平衡控制特征,揭示不同支撑条件与站立任务对平衡调节机制的影响。方法22名青年(男、女各11名)分别在硬、软支撑面上完成双腿、左腿、右腿站立各30 s。采集压... 目的运用样本熵(sample entropy,SEn)探究人体站立平衡能力及其随时间尺度的平衡控制特征,揭示不同支撑条件与站立任务对平衡调节机制的影响。方法22名青年(男、女各11名)分别在硬、软支撑面上完成双腿、左腿、右腿站立各30 s。采集压力中心前后、左右方向数据,计算SEn、熵半衰期(entropic half-life,EnHL)及熵变化率。结果男性左腿站立于软支撑面时,前后与左右方向EnHL存在显著性差异(P<0.05);男、女性右腿站立于软支撑面时,前后方向EnHL也有显著性差异(P<0.05);所有站立条件下,男、女性EnHL均大于100 ms;单腿站立于软支撑面时,男性前后、左右方向SEn显著高于女性(P<0.05);双腿站立于硬支撑面时,男性熵变化率为-0.005,提示其重心后移且姿势调整较少。另外,男、女性双腿站立于软支撑面左右方向到达EnHL的时间分别为194、192 ms;女性前后方向具有更短的EnHL时间(168 ms)。当站立支撑面发生改变对EnHL的影响较小。结论本体感觉减弱可能导致性别间不同肢体的平衡控制策略有所变化:男性更倾向于向前调整,而女性则更倾向于向后调整。双腿站立时性别对平衡控制稳定性影响不明显,但在特定条件干扰下,男性可能需要更多的干预和调整以维持平衡。 展开更多
关键词 样本熵 平衡能力 熵半衰期 压力中心
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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
暂未订购
基于颈椎康复训练系统的颈椎后凸生物力学模型研究
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作者 刘治华 张鸣文 +2 位作者 周洋 申彦魁 陈中中 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期615-622,共8页
目的 建立颈椎后凸在轴向牵引载荷和横向侧推载荷作用下的生物力学模型,为颈椎曲度异常的治疗提供理论依据,从而为患者制定最合适的治疗方案。方法 以患者CT扫描数据为基础,提取颈椎中轴线数据,拟合出颈椎弯曲曲线,根据Timoshenko梁原理... 目的 建立颈椎后凸在轴向牵引载荷和横向侧推载荷作用下的生物力学模型,为颈椎曲度异常的治疗提供理论依据,从而为患者制定最合适的治疗方案。方法 以患者CT扫描数据为基础,提取颈椎中轴线数据,拟合出颈椎弯曲曲线,根据Timoshenko梁原理,使用颈椎康复训练系统,建立颈椎后凸生物力学模型,对其进行分析研究,获得载荷作用下颈椎恢复曲线以及治愈颈椎后凸所需要的总载荷,并验证其合理性。结果 建立了颈椎后凸生物力学模型,在轴向牵引载荷与横向侧推载荷作用下,颈椎向正常生理性弯曲方向有效发展,轴向载荷与横向载荷的总作用力分别为353、5 649 N,且总轴向载荷随着牵引角度的增大而增大,总横向载荷的治疗力矩随着Bordon值的增大而减小,轴向载荷的治疗力矩在正常Bordon值范围内,小于横向载荷的治疗力矩,验证了载荷的合理性。结论 所建立颈椎后凸生物力学模型能够正确模拟颈椎的生物力学特性,其分析结果具有有效性,可为患者的治疗方案设计提供力学理论依据。 展开更多
关键词 颈椎曲度 颈椎后凸 颈椎康复训练系统 生物力学模型 理论计算
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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
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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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马拉松游泳比赛中不同跟游位置的流体阻力模拟
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作者 戚雅茜 孙凯扬 +2 位作者 赵德峰 张鹏 范湘波 《医用生物力学》 北大核心 2025年第5期1288-1294,共7页
目的采用计算流体力学方法分析马拉松游泳比赛中不同位置跟游时的流体阻力特性,为比赛和训练中选择最佳跟游策略提供理论依据。方法通过三维人体扫描技术建立多人体游泳模型,调整运动员之间的横向和纵向间距,形成5种不同的编队模型(I、A... 目的采用计算流体力学方法分析马拉松游泳比赛中不同位置跟游时的流体阻力特性,为比赛和训练中选择最佳跟游策略提供理论依据。方法通过三维人体扫描技术建立多人体游泳模型,调整运动员之间的横向和纵向间距,形成5种不同的编队模型(I、A、V、L及H型)。使用ANSYS Discovery Live软件,对不同编队模型的整体游进阻力及个体运动员的游进阻力进行模拟计算。结果I3型编队具有整体减阻的效果,总阻力减少了55.21%,其他编队方式总体阻力都增加,不具有整体减阻效果。V型编队的整体阻力增加最多(31.88%)。跟游时,阻力最小位置是I3型编队中的末端位置;阻力最大位置是L型编队中间位置。领游时,A型编队领游运动员受到的流体阻力显著大于单独游进时的阻力(P<0.05)。结论纵向编队跟游的减阻效果最佳,3人纵向编队的末端位置减阻效果最佳。综合考虑战术和减阻效果时,应避免处于横向编队中间的位置游进。 展开更多
关键词 马拉松游泳 跟游位置 流体阻力 减阻 计算流体力学
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关节过度活动对于学龄期儿童步行功能的影响
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作者 俞艳 姜淑云 +2 位作者 李一瀛 鲁潇莹 李阳 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期323-328,共6页
目的研究学龄期关节过度活动(generalised joint hypermobility,GJH)儿童的步态特征。方法应用三维运动捕捉系统及三维测力台采集56例GJH儿童及56例健康儿童步行时下肢关节的运动学和动力学数据,比较分析两组差异性。结果运动学参数:GJ... 目的研究学龄期关节过度活动(generalised joint hypermobility,GJH)儿童的步态特征。方法应用三维运动捕捉系统及三维测力台采集56例GJH儿童及56例健康儿童步行时下肢关节的运动学和动力学数据,比较分析两组差异性。结果运动学参数:GJH儿童组的支撑相足内翻角度均值(P=0.000)、最大髋内收角度(P=0.002)及最大足廓清角度(P=0.004)减小,支撑相足偏角均值(P=0.000)、最大足内旋角度(P=0.000)及支撑相中期膝关节屈曲角度(P=0.032)增加。动力学参数:GJH儿童组的膝关节(P=0.005)、髋关节(P=0.000)的最大功率及支撑相踝关节最大内翻力矩(P=0.009)减小。时空参数:GJH儿童组步长(P=0.001)、步速(P=0.000)及步频(P=0.000)减小,支撑相百分比(P=0.000)及步宽(P=0.000)增加。结论GJH儿童的步行效率及平衡稳定性下降,踝关节存在力线排列异常问题,膝关节功能需要长期关注。 展开更多
关键词 关节过度活动 韧带松弛 步态 学龄期儿童
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基于仿生物理模型的椭圆囊直线加速度生物力学响应
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作者 龚俊杰 项广成 +1 位作者 姜亚妮 边义祥 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期462-469,共8页
目的 构建透明可视化的人体椭圆囊仿生模型,探究椭圆囊直线加速度的生物力学响应。方法 采用3D打印技术和PVA-明胶复合水凝胶制作方法,成功制备了与人体比例为10∶1的可视化椭圆囊物理模型。通过对该模型进行变加速和变方向刺激实验,探... 目的 构建透明可视化的人体椭圆囊仿生模型,探究椭圆囊直线加速度的生物力学响应。方法 采用3D打印技术和PVA-明胶复合水凝胶制作方法,成功制备了与人体比例为10∶1的可视化椭圆囊物理模型。通过对该模型进行变加速和变方向刺激实验,探究椭圆囊囊斑的生物力学响应。结果 在1~5 Hz正弦往复直线激励下,仿生囊斑的响应振幅从4.11μm增长至48.82μm;仿生囊斑的响应振幅随着加速度的增加而线性增长。此外,囊斑还表现出对特定方向加速度的响应变形差异。结论 制备的仿生椭圆囊模型能够准确模拟人体椭圆囊的工作机制,有望为前庭功能障碍的病理研究提供新途径,并为仿生技术在生物医学工程领域的应用拓展新方向。 展开更多
关键词 前庭系统 椭圆囊 囊斑 仿生模型 直线加速度 生物力学响应
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基于有限元模型的脊柱侧弯矫形器设计与验证
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作者 林家祥 陈怡 +5 位作者 石光林 王文枫 蓝坤吾 蒋文军 艾子彭 彭蔚杰 《医用生物力学》 北大核心 2025年第4期988-995,共8页
目的 基于患者躯干-脊柱模型有限元仿真分析,并结合理论计算数据,实现脊柱侧弯矫形器个性化设计,并通过3D打印验证矫形器效果。方法 以1例特发性脊柱侧弯患者为研究对象,采用逆向工程技术与计算机辅助技术建立患者躯干-脊柱模型,利用有... 目的 基于患者躯干-脊柱模型有限元仿真分析,并结合理论计算数据,实现脊柱侧弯矫形器个性化设计,并通过3D打印验证矫形器效果。方法 以1例特发性脊柱侧弯患者为研究对象,采用逆向工程技术与计算机辅助技术建立患者躯干-脊柱模型,利用有限元方法分析该模型,结合文献理论计算确定最佳矫形力的施加位置与大小,依此设计出矫形器。为了验证矫形效果,对患者穿戴该矫形器前后进行X线片的对比评估,并在6月后进行随访。结果 通过理论计算与有限元仿真确定了保证初次矫形效果最好的矫形力施加位置和大小,即对患者侧弯段脊柱L3椎体以及上下椎间盘所对应到躯干上的左后方区域位置施加62.95 N矫形力可以达到最佳的矫形效果。在此基础上,对矫形器进行结构设计,随后对设计好的矫形器进行穿戴前后的相关实验测试,通过对比患者穿戴矫形器前后的X线片并结合6个月后的随访数据,优化设计后的矫形器满足临床上对于矫正效果的预期要求。结论 矫形器设计需针对患者脊柱侧弯的具体情况个性化定制。本研究以1例特发性脊柱侧弯患者为研究对象,为特发性脊柱侧弯患者的矫形器设计提供了新的思路和方法。 展开更多
关键词 脊柱侧弯 矫形效果 矫形力 躯干-脊柱模型 矫形器设计
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规则多孔晶体支架对骨生长影响的仿真研究
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作者 门玉涛 魏乐乐 +2 位作者 胡白冰 郝溥俊 张春秋 《生物医学工程学杂志》 北大核心 2025年第4期808-816,共9页
评估多孔支架的植入效果,除了要考虑多孔支架的力学性能,还要考虑多孔支架的生物性能。由于生物实验成本高、周期长、可重复性低,因此作为虚拟替代的仿真实验正成为一种高效的评估手段广泛应用。本文基于有限元分析软件的二次开发环境,... 评估多孔支架的植入效果,除了要考虑多孔支架的力学性能,还要考虑多孔支架的生物性能。由于生物实验成本高、周期长、可重复性低,因此作为虚拟替代的仿真实验正成为一种高效的评估手段广泛应用。本文基于有限元分析软件的二次开发环境,引入骨的应变能密度生长准则,仿真分析在循环压缩载荷刺激下四种不同晶体多孔支架促进细胞增长的情况,评估晶体支架的生物性能。计算结果显示,在骨生长初期,各组支架骨组织生长情况差异不明显。随着骨生长的进行,孔隙率为70%、孔径为900μm的多孔支架骨生长情况明显优于其他对比孔隙率组和其他对比孔径组。本研究结果表明,孔隙率为70%、孔径为900μm的支架最有利于骨组织生长,可作为骨修复材料的最佳结构参数。综上,本文方法以可视化仿真分析的手段,预先评估多孔支架促进骨生长的能力,以期为植入支架的优化设计和临床应用提供可靠的数据支持。 展开更多
关键词 骨生长 晶体多孔支架 二次开发 孔隙率 孔径
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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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基于骨肌活动度的人体舒适度评价方法建立
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作者 张丽珍 马琨 +1 位作者 朱梦祥 姜波 《医用生物力学》 北大核心 2025年第3期663-670,共8页
目的 建立并验证一种基于生物力学中骨肌活动度的人体舒适度评价方法。方法 首先分析目前基于生物力学的舒适度评价方法的不足;其次提出基于骨肌活动度的人体舒适度评价方法,综合考虑肌肉、关节对舒适度的影响,得出舒适度指数;最后选取... 目的 建立并验证一种基于生物力学中骨肌活动度的人体舒适度评价方法。方法 首先分析目前基于生物力学的舒适度评价方法的不足;其次提出基于骨肌活动度的人体舒适度评价方法,综合考虑肌肉、关节对舒适度的影响,得出舒适度指数;最后选取消防员卷水带作业进行验证。结果 改进后的基于骨肌活动度评价方法的舒适度指数为0.74,小于基于肌肉活动度舒适度情况下的舒适度指数0.82,验证结果与理论分析一致。通过对43名消防员的问卷调查,收集的主观感受与验证结果一致,进一步证明前者方法更加全面精确。结论 相较于仅考虑结合肌肉的舒适度评价方法,结合肌肉和骨骼情况的舒适度评价方法不仅更符合人体的实际情况,还能全面揭示潜在的生物力学风险,因此具有更大的现实意义。 展开更多
关键词 生物力学 骨肌活动度 人体舒适度 评价方法
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