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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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    新型骶髂拉力钉力学性能评价

    梁成卓川川王冠李文...
    265-271页
    查看更多>>摘要：目的 研究一种具有螺旋刀片结构新型骶髂拉力钉的生物力学性能.方法 用临床中常用的骶髂经皮拉力钉作为对照.使用聚氨酯材料模拟松质骨,利用Instron力学试验机测试对比抗拔出性能.然后使用骨盆标本,以正常骨盆、单侧骶髂关节损伤骨盆、骶髂经皮拉力钉-单钉修复、骶髂经皮拉力钉-双钉修复骶髂关节损伤为对照,分析新型骶髂拉力钉修复正常站立姿态骶髂关节损伤的静态刚度和动态稳定性.结果 新型骶髂拉力钉组拉力钉拔出后的聚氨酯材料破坏更小.新型骶髂拉力钉抗拔出的有效把持位移显著大于骶髂经皮拉力钉(P＜0.05).但骶髂经皮拉力的最大抗拔出力显著大于新型骶髂拉力钉(P＜0.05).骶髂关节损伤修复后,采用1枚骶髂新型骶髂拉力钉刚度显著高于骶髂经皮拉力钉-双钉修复组(P＜0.05).骶髂关节损伤组的位移振幅最大,其次为正常组;其余组别的位移振幅较为接近,但差异具有统计学意义(P＜0.05).新型骶髂拉力钉修复的动态稳定性最优,略优于骶髂经皮拉力钉-双钉修复组,骶髂关节损伤组的稳定性最差.新型骶髂拉力钉能有效修复骶髂关节损伤.结论 骶髂新型骶髂拉力钉能更有效地把持松质骨,具有一定的临床实用性.

    骶髂经皮拉力钉松质骨骶髂关节损伤

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    拇外翻足三维有限元模型构建及其第1、2跖列生物力学分析

    耿艳利苑智文宣伯凯徐敏...
    272-277页
    查看更多>>摘要：目的 建立拇外翻足有限元模型,研究不同拉力下第1、2跖列的应力及位移变化情况.方法 将采集的拇外翻病人足部CT图像导入Mimics软件,重建足部三维骨骼模型;利用3-matic软件对重建模型进行网格划分与体网格生成;将优化处理过的模型导入ANSYS中进行有限元分析,通过改变拉力大小、方向验证拉力与第1、2跖列的应力、位移之间的关系.结果 对第1近节趾骨施加不同大小、方向的拉力,当力小于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨位移变化较为明显,拉力每增大2 N,位移约增加1 mm;当力大于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨应力不断增加,而位移只发生微小变化;而当力保持12 N不变,以15°间隔改变力的方向时,第1、2跖列的应力大小及其分布随方向的变化而改变,同时位移也会产生相应的变化,且当力的方向与第2趾骨方向越趋于垂直时,第1趾骨产生的位移越大.结论 有限元分析技术可以形象、准确地分析第1、2跖列在不同拉力下的应力及位移变化情况,为拇外翻矫形器的设计奠定基础.

    拇外翻拉力应力位移矫形器

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    扁平足患者足底压力与足底感觉特征

    冯亮霍洪峰
    278-284页
    查看更多>>摘要：目的 探究不同足型人群足底压力与足底感觉之间的关系,为扁平足患者损伤评价以及运动恢复提供理论参考.方法 通过三维足型扫描仪,对招募的受试者进行初步筛查;根据足弓指数进行组别划分,正常足组16人,扁平足组16人.使用Footscan高频足底压力测试系统和Semmes-Weinstein Monofilaments单丝测试分别进行组别间的足底压力和足底感觉测试.对测试结果进行统计描述和相关性分析.结果 扁平足组左右足弓与左右足跟内侧区域的足底压力冲量相较于正常足组存在显著增加的趋势(P＜0.05);扁平足组第1跖骨以及足弓位置的足底感觉阈值相较于正常足组更低(P＜0.05);扁平足组左脚(P=0.012,R=0.500)和右脚(P=0.021,R=0.341)足弓位置的足底感觉与足底压力之间存在显著的正相关.结论 扁平足人群足弓降低和过度外翻的结构特点,导致其足弓和足跟内侧位置的足底压力冲量增大,足底感觉敏感性阈值降低;同时,足底感觉与足底压力之间存在相关性,足弓足底压力冲量负荷越大,足底感觉阈值越低.

    扁平足足底压力足底感觉相关性分析

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    视觉对人体姿势控制影响的脑功能网络连接机制

    郭峰袁维帅王新夏雪莲...
    285-292页
    查看更多>>摘要：目的 研究视觉对人体姿势控制影响及其脑功能网络连接机制.方法 以15名健康青年为研究对象,要求受试者分别进行30 s睁眼、闭眼的双腿站立平衡,采集平衡过程中身体压力中心(center of pressure,COP)和脑电.对COP进行样本熵(SampleEn)计算;对脑电θ、α和β频段,计算相位滞后指数(phase lag index,PLI)构建大脑功能网络,并基于图论计算集聚系数(C)、特征路径长度(L)及小世界网络属性(σ).结果 人体在双腿站立平衡过程中,闭眼COPY样本熵显著高于睁眼(P＜0.05).闭眼α频段PLI平均值显著高于睁眼(P＜0.05);闭眼α频段C、σ显著高于睁眼,L显著低于睁眼(P＜0.05).闭眼时α频段额区-中央区-顶区之间的网络连接以及中央区和顶区内连接强度显著高于睁眼(P＜0.05).闭眼时α频段PLI平均值以及C值与COPY样本熵中度呈中度负相关(P＜0.05).睁眼时左前额区、左顶区、左枕区α频段PLI平均值与COPv样本熵呈中度负相关;闭眼时左中央区、右枕区α频段PLI平均值则与COPY样本熵呈中度负相关.结论 人体在站立平衡时,当没有视觉信息输入时,身体平衡稳定性下降,同时伴随着脑电α频段的脑网络连接增强以及大脑处理信息的效率需提升.人体在不同的视觉条件下进行姿势控制时,大脑会采用不同的神经策略.

    静态平衡视觉大脑功能网络图论脑电

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    高精度经颅直流电刺激对踝关节跖背屈疲劳任务中脊髓运动神经元兴奋性的影响

    于常晓占江龙沈斌周俊鸿...
    293-298页
    查看更多>>摘要：目的 探究踝关节跖背屈疲劳任务中高精度经颅直流电刺激(high-definition transcranial direct current stimulation,HD-tDCS)对H-反射和M-波的调控效果,为HD-tDCS减轻神经肌肉疲劳的实际应用提供方向.方法 招募20名健康青年男性受试者,随机分为真刺激组和假刺激组各10名.对受试者采取连续5 d的单盲HD-tDCS干预(时间20 min;强度2 mA;靶点Cz),干预前1天采集受试者安静条件下的H-反射和M-波,跖屈肌最大自主收缩(maximal voluntary isometric contraction,MVIC)时的M-波,跖屈肌和背屈肌MVIC力矩,并进行一次踝关节跖背屈运动性疲劳任务,以确定受试者达到该任务疲劳的时间.干预后1天进行与第1次疲劳任务相同的运动时间,并进行后测的数据采集.采用重复测量双因素(刺激方案×疲劳前后)方差分析其自变量对受试者肌肉力学特性、α运动神经元传导特性各指标的影响.结果 相较于疲劳前,两组疲劳后的自主激活值(voluntary activation,VA)、H-反射最大值(maximal H-reflex,Hmax)、M-波最大值(maximal M-wave,Mmax)、跖屈肌和背屈肌MVIC力矩均显著降低(P＜0.05),但相比于真刺激组,假刺激组的VA和背屈肌MVIC力矩下降更为显著(P＜0.05).结论 连续5 d的HD-tDCS干预有助于提高脊髓节段α运动神经元的活性,且能抑制跖背屈疲劳诱发的外周"神经-肌肉"接头处信息传递能力的下降.

    高精度经颅直流电刺激最大自主收缩神经冲动皮质-脊髓通路α运动神经元活性肌肉疲劳

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    易筋经特定动作"卧虎式"治疗非特异性腰背痛的结构方程建模及相关分析

    李翔李超汤炳煌张少伟...
    299-304页
    查看更多>>摘要：目的 从身体、行为、心理三方面进行多学科整体干预,阐释非特异性腰背痛(non-specific low back pain,NSLBP)的内在机制.方法 收集易筋经特定动作"卧虎式"治疗NSLBP的相关表面肌电(surface electromyography,sEMG)信号、三维步态分析系统信号、心理量表结论等,将收集数据通过结构方程方法分析、建模,形成"多裂肌-运动功能-生活质量"特征模型,以期阐述易筋经"卧虎式"训练治疗NSLBP的作用机制.结果 NSLBP患者腰部L5～S1多裂肌sEMG信号与治疗前相比显著增加(P＜0.05).患者治疗后步幅、步频、步速、髋屈曲最大角度、膝屈曲最大角度均显著增加(P＜0.05);支撑相、摆动相、踝跖屈最大角度均显著降低(P＜0.05)."卧虎式"训练前后患者SF-36评分生理、心理、精神、情感差异均有统计学意义(P＜0.05);结构方程模型(structural equation model,SEM)表明平均肌电(average electromyography,AEMG)、步长对于 Roland-Morris 评分、SF-36 评分均产生0.001水平的显著影响;AEMG、步长对于Roland-Morris评分、SF-36评分产生正向的影响关系;标准化载荷系数均大于0.6,模型拟合效果良好.结论 SEM模型拟合效果良好,模型结果可靠,能够多层面有效阐述易筋经特定动作"卧虎式"治疗NSLBP的作用原理.

    易筋经非特异性腰背痛结构方程模型步态分析表面肌电

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    基于SGGC-Net动作捕捉系统解析行走步态的信度与效度

    朱琳董鹏程沈培鑫陈浩...
    305-311页
    查看更多>>摘要：目的 以有标记点三维运动捕捉系统(Vicon)为参照标准,比较基于SGGC-Net的动作捕捉系统(SGGC-Net系统)和SIMI系统解析行走步态的信度和效度.方法 招募30名健康大学生,分析其在跑步机行走时的步态特征.应用Vicon系统12台红外摄像头及4台摄像机同步采集运动学数据,获取右侧参与者肩、肘、髋、膝和踝关节三维空间角度.采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)及其95％置信区间和测量标准误差(standard errors of measurement,SEM)评估信度;采用多重相关系数(multiple correlation coefficients,CMC)和均方根误差(root mean square error,RMSE)评估效度.结果 SGGC-Net系统解析上、下肢三维空间角度最大、最小值的ICC 范围为 0.798～0.990,SEM 范围为 0.04°～0.95°;SIMI 系统的 ICC 范围为 0.650～0.967,SEM 范围为 0.31°～1.24°.除髋关节最小角度和膝关节最大角度外,SGGC-Net系统解析所有角度的ICC均高于SIMI系统,且SEM均低于SIMI系统.与Vicon系统得出的上、下肢主要关节角度曲线相比,SGGC-Net系统得出的曲线CMC范围为0.945～0.996,RMSE 为 1.44°～4.65°;SIMI 系统的 CMC 范围为 0.815～0.986,RMSE 为 2.56°～9.99°.除踝关节外,SGGC-Net系统在所有角度上的CMC均大于SIMI系统,RMSE均小于SIMI系统.结论 SGGC-Net系统在大多数指标中的信度和效度优于SIMI系统,其在解析行走步态时具有较好的可重复性和准确性,可适用于无标记点情境下的动作捕捉,如运动员动作技术分析与特殊人群的临床步态解析.

    动作捕捉信度效度关节角度行走步态

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    基于最优拉丁超立方设计的糖尿病足鞋垫优化设计

    李兴龙杨永泰
    312-318页
    查看更多>>摘要：目的 提出一种鞋材弹性模量与厚度联合优化设计糖尿病足鞋垫的方法,以降低足底压力和软组织内部应力.方法 通过逆向工程方法建立足部有限元模型,基于足底压力分布特征划分鞋垫压力区域,采用有限元法对接触力学进行研究,为优化过程中调整不同区域内材料的弹性模量和鞋垫前后足厚度奠定基础,使用最优拉丁超立方设计得到最优参数组合.结果 设计的鞋垫增加约37.55％的足底接触面积,跖骨区和足跟区的压力峰值分别降低15.07％、36.96％,足跟处软组织内部应力降低20.83％,足底筋膜张力降低约60％.结论 所提出的方法可用于设计定制鞋垫,设计的个性化鞋垫具有更大的接触面积和降低糖尿病足底溃疡的良好潜力.

    足底压力糖尿病足最优拉丁超立方设计软组织应力个性化鞋垫

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    基于PVDF柔性传感器的不同介质中冲击波波源测量与频谱分析

    牛海军徐连胜沈飞吴琼...
    319-325页
    查看更多>>摘要：目的 明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征.方法 采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生的冲击波形,分析波源的时域特征和频谱特性.结果 在相同气压冲击下,冲击头在仿体界面和水界面产生的冲击波波形相似,二者与空气界面产生的冲击波波形存在较大差异,空气界面的正负压绝对值明显减小;不同介质中产生的冲击波频谱特性相似,都存在3个明显的峰值频率,仿体、水和空气中调制频率分别为12.2、8.5、7.2 kHz,载波频率基本无变化(82～83 kHz).不同气压冲击下,冲击头在同一介质界面产生的冲击脉冲波波形差异不大,冲击气压仅影响冲击波幅度,不影响峰值频率.随着冲击气压的增大,介质界面正负压绝对值增大,变化基本呈线性.结论 PVDF柔性传感器可以有效测量冲击波波源,不同介质界面产生的冲击波在时域和频域都存在一定差异,不能简单以空气或水中的冲击波传播特性代替生物组织中的传播特性.研究结果可以为冲击波设备的评估和临床冲击波治疗方案的制定提供重要信息.

    体外冲击波波源测量PVDF传感器频谱分析

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    两种隐形正畸序列磨牙远移的有限元比较

    李慧张栋梁
    326-331页
    查看更多>>摘要：目的 比较两种远中移动序列的无托槽隐形矫治在磨牙远移方面的执行效果.方法 建立包含牙体、牙周膜、牙槽骨及隐形矫治器的下颌右侧7颗牙齿有限元模型,分别选用两种推磨牙远中移动对牙齿进行模拟第二磨牙远移0.5 mm的过程,采用牙槽骨重建技术模拟长期牙齿移动效果.结果 V型、ZC远中移动序列第二磨牙最大远中位移分别为0.27、0.34 mm,ZC远中移动执行效率增大13.34％;牙齿内倾分别矫正0.18、0.44 mm,舌侧内倾角度分别矫正1.15°、2.69°,ZC舌侧内倾矫正率提高15.01％;远端倾斜分别增大1.83°、0.84°,ZC远端倾斜角度减小54.10％.结论 ZC远中移动序列方法在无托槽隐形矫治中能够更有效地实现磨牙远中移动,减少磨牙远中倾斜和矫正磨牙舌侧内倾,为无托槽隐形矫治创造前牙间隙提供有利条件.

    无托槽隐形矫治牙齿移动序列下颌磨牙远移有限元分析

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