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期刊信息/Journal information
医用生物力学
医用生物力学

戴尅戎

双月刊

1004-7220

021-63138341－5397

200011

上海市制造局路639号

医用生物力学/CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《医用生物力学》主要刊登交流我国学者在生物力学研究中取得的成果和部分国外专家的论文。着重刊登对科研与临床实践有指导意义的论著，同时还开辟综述、讲座、经验交流、研究简报、专题讨论等专栏。内容充实，反映了中国生物力学的研究动向和成果。
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    脊柱生物力学2023年度研究进展

    吴爱悯郭振宇王向阳
    187-196页
    查看更多>>摘要：脊柱是人体最重要的骨骼结构之一.它具有保护脊髓、支持体重、减缓冲击,并允许躯干灵活运动的功能.脊柱生物力学研究对于全面认识脊柱结构功能、疾病发病机制意义重大.2023年,国内外学者开展了大量脊柱相关的生物力学研究,包括脊柱基础生物力学的认知,病理条件下脊柱力学特性改变,以及基于生物力学研究基础设计的各种治疗脊柱疾病办法.本文着重分析脊柱生物力学2023年度研究进展,并以几种较为典型的脊柱疾病或病理状态为例进行详解介绍.

    脊柱生物力学椎间盘退变脊柱侧弯力学生物学

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    足踝运动损伤2023年度研究进展

    李宏云华英汇
    197-206页
    查看更多>>摘要：足踝运动医学是近年来逐渐兴起并蓬勃发展的学科,主要聚焦于足踝部韧带、肌腱、软骨损伤的诊断和治疗.本文检索了2023年发表于国际著名期刊中关于足踝运动损伤的相关文献,并对相关最新研究进展进行综述,为今后的研究、诊断及治疗提供新的思路.

    足踝韧带损伤肌腱损伤软骨损伤运动损伤

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    骨细胞的力学感受器

    刘艳伟宫赫王新宇杨启帆...
    207-213页
    查看更多>>摘要：骨细胞是骨骼中最丰富和寿命最长的细胞,是骨重建的调节器.骨细胞在内分泌调节和钙磷酸盐代谢中发挥重要作用,也是力学刺激的主要响应者,感知力学刺激以直接或间接的方式对刺激做出反应.骨细胞中的力学转导是一个复杂而精细的调节过程,涉及细胞与其周围环境、相邻细胞以及细胞内部不同功能的力学感受器之间的相互作用.目前已知的骨细胞主要力学感受器包括初级纤毛、Piezo离子通道、整合素、细胞外基质以及基于连接蛋白的细胞间连接.这些力学感受器在骨细胞中发挥着至关重要的作用,它们能够感知并转导力学信号,进而调节骨稳态.本文对5种力学感受器进行系统的介绍,以期为理解骨细胞如何响应力学刺激和维持骨组织稳态提供新的视角和认识.

    骨细胞力学刺激力学感受器

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    人工关节植入物涂层力学性能评价

    苏健闫师通王建军陈宇...
    214-221页
    查看更多>>摘要：目的 对多孔型人工关节植入物的涂层性能(包括涂层形貌和涂层力学性能)进行分析,总结目前主流产品的涂层性能范围,为新产品的设计研发提供参考,同时为远期植入物取出分析提供依据.方法 试验中所用的涂层表面形貌、剪切强度和拉伸强度样品,分别按照ASTM F1854、ASTM F1044和ASTM F1147标准制备,涂层采用等离子喷涂技术加工.共对17套件产品(编号1～17号)的涂层表面形貌(涂层厚度、孔隙率和孔隙截距)进行试验;对编号为1～7号和15、16号产品,首先按照ASTM F1044的试验方法,进行涂层与基体之间的剪切强度试验;然后按照ASTM F1 147的试验方法,进行涂层与基体之间的拉伸强度试验.对编号为17的产品,按照ASTM F1044和ASTM F1 147的试验方法,分别测试复合涂层和单纯钛涂层的剪切和拉伸强度.结果 全部产品中,共15套产品(占比88.2％)涂层厚度300～500 μm;金属涂层的产品共16套(编号1～16),其中11套(占比68.75％)涂层孔隙率30％～50％,14套(占比87.5％)涂层孔隙截距50～150 μm;涂层的力学性能与基体材质无关;添加羟基磷灰石(HA)后的复合涂层的剪切强度和拉伸强度与纯金属涂层相比,均明显降低.结论 针对多孔涂层人工关节的设计制造,其涂层的性能可以参考以下指标:涂层厚度300～500 μm,涂层孔隙率30％～50％,涂层孔隙截距50～150 μm;可以根据产品的用途选择基体材质;在设计含有HA的复合涂层的植入物时,应考虑结合力较低对产品性能的影响.该性能指标范围能够为远期临床取出物分析提供对照.

    人工关节植入物涂层表面形貌力学性能

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    晶体多孔支架的强度与渗透性仿真分析

    马宏坤门玉涛汤绍灿郝溥俊...
    222-228页
    查看更多>>摘要：目的 分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TP MS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响.方法 构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell1～4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率.结果 8种支架的弹性模量为5.1～10.4 GPa,屈服强度为69～110 MPa,4种晶体支架的渗透率为0.015～0.030 mm2.结论 随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell 2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell 3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计.

    晶体支架多孔支架弹性模量屈服强度渗透性

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    形状记忆合金骑缝钉内固定在三关节融合术中的力学特性分析

    富荣昌张怀悦李寒
    229-235页
    查看更多>>摘要：目的 研究加压空心螺钉及形状记忆合金骑缝钉在三关节融合术内固定中的生物力学差异,为形状记忆合金骑缝钉的临床应用提供参考.方法 选择1例重度僵硬型马蹄足患者的足部二维CT数据,通过Mimics和Geomagic软件构建三关节融合术后模型,并利用SolidWorks 2021软件建立三关节融合内固定几何模型;根据使用固定钉类型和组合方式(加压空心螺钉和形状记忆合金骑缝钉)分为A、B、C、D共4种固定方案;在ABAQUS软件中分析模拟中立位生理载荷下不同内固定方案模型的生物力学特性.结果 方案D内固定模型距下、距舟、跟骰关节融合面端面最大位移均大于方案A、B、C;方案D内固定模型距舟关节、跟骰关节融合面内外侧位移之差分别为13.10％、13.60％,与其他3种固定方案相比融合面位移更接近于平行位移;方案D内固定模型距下、距舟、跟骰关节融合面最大von Mises应力均大于方案A、B、C.结论 应用方案D(距舟关节和跟骰关节融合面使用骑缝钉内固定,距下关节融合面使用加压空心螺钉内固定)能够使三关节融合术后内固定融合面具有稳定性,并为其提供近似平行微动,产生适当的融合面应力使融合端面接触更紧密,促进骨痂生长,获得更佳的融合效果.

    三关节融合内固定加压空心螺钉形状记忆合金骑缝钉

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    UKA假体后倾角安装位置对衬垫磨损的影响

    党晓栋熊守林屈亚飞任佳轩...
    236-242页
    查看更多>>摘要：目的 研究单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)假体不同后倾角度安装对膝关节承载、运动及衬垫磨损的影响.方法 联合UKA骨肌多体动力学模型、有限元模型和磨损模型,分析固定式UKA假体5种后倾角安装位置情况对术后膝关节力和运动、衬垫接触应力、线性磨损深度和体积磨损量的影响.结果 后倾角0°时,衬垫的最大von Mises等效应力为24.84 MPa,接触应力为47.61 MPa,5百万次循环(million cycle,MC)周期的磨损量为47.29 mm3.随着UKA胫骨假体后倾角的增加,步态周期内旋和后移运动均增大,摆动相的内侧关节力增大,5 MC磨损周期后衬垫von Mises等效应力与接触应力显著减小,衬垫的磨损面积、最大线性磨损深度和体积磨损量随之减少.相对于后倾角0°,后倾角为3°、5°、7°时衬垫的线性磨损深度分别减小了17.8％、19.2％、20.6％;衬垫体积磨损量分别下降了24.5％、30.9％、34.3％.结论 UKA假体考虑后倾角安装超过3°时会显著增加步态周期内旋运动和后移运动,减小聚乙烯衬垫关节面的磨损.

    单髁膝关节置换术后倾角骨肌多体动力学接触力学磨损预测

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    膝关节统计学形状模型的几何外形有效性验证

    段化兵谷雪莲李晓虎周金成...
    243-249页
    查看更多>>摘要：目的 获取中国男性健康膝关节的解剖参数范围,并验证健康膝关节统计学形状模型(statistical shape model,SSM)在几何外形上的有效性,为基于膝关节SSM的假体设计提供依据.方法 采集112例健康男性膝关节CT影像,建立三维膝关节模型,每例模型都单独作为目标模型,剩余模型作为训练集进行主成分分析(principal component analysis,PCA),将得到的SSM向着目标模型进行拟合预测,得到SSM拟合模型.在样本模型和SSM拟合模型上分别标记出相同的解剖测量点,并得出17个线性参数和3个角度参数.对解剖参数值采用独立样本t检验和Mann-Whitney U检验进行统计学检验,若得出的P值均大于0.05,则证明SSM在几何外形上的有效性.结果 解剖参数的定性和定量对比分析的结果显示,线性参数值的平均偏差均小于6 mm,角度参数值均小于2.5°;统计学检验的结果显示所有解剖参数的P＞0.05,证明膝关节SSM拟合模型与真实健康模型在几何外形上不具有统计学差异.结论 获得了健康膝关节解剖参数的参考范围,并验证了膝关节SSM模型在外形上与真实健康模型具有一致性.研究结果为基于膝关节SSM的假体设计提供依据.

    膝关节统计学形状模型主成分分析几何外形解剖参数

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    人体脊柱动力学数值仿真分析模型建立及验证

    黄莞沨曲爱丽李立汪方...
    250-257页
    查看更多>>摘要：目的 建立T2～L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑.方法 基于CT扫描图像数据建立T2～L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12～L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2～6、T7～11和T12～L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析.结果 T12～L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°～1.55°,与文献数据吻合良好.在不同跌落高度下,T2～6、T7～11和T12～L5 3段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7～5.3、1.3～5.5、1.3～7.5kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制.结论 所建立的T2～L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性.

    胸腰椎脊柱冲击载荷脊柱损伤动力学分析静力学分析脊柱生物力学

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    腰椎间盘突出症患者坐立过程的动力学特征

    周鑫赵雄曹奔孔令军...
    258-264页
    查看更多>>摘要：目的 研究腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation,LDH)患者在坐立过程中疼痛对腰椎和髋关节力矩的影响.方法 应用AMTI测力台采集20例健康对照与20例LDH受试者的动力学数据,通过统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)分析两组受试者坐立任务中腰椎与髋关节在矢状面和冠状面的力矩差异.结果 与健康对照组相比,LDH受试者从站立回到坐位过程中腰椎最大屈曲力矩与髋关节最大内收力矩明显增高(P＜0.05).SPM分析显示,在站立初期阶段(37％～42％),LDH组髋关节外展力矩大于健康对照组,存在统计学差异(P=0.007).结论 LDH受试者在坐立过程中腰椎骨盆不够稳定,尤其站立静止阶段,难以使身体达到平衡状态,需增加髋关节外展力矩来维持骨盆稳定.在临床评估治疗中应重点关注脊柱与骨盆的稳定功能.

    腰椎间盘突出症腰椎髋关节统计参数映射力矩

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