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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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    空间失重环境力学生物学2023年度研究进展

    窦向雅张译文刘帅廷续惠云...
    377-386页
    查看更多>>摘要：航空航天活动过程中特殊力学环境导致的生理变化一直是力学生物学研究的重要组成部分.本文综述了2023年度空间失重环境力学生物学研究进展,主要聚焦失重的生物学效应,包括在细胞、模式动物和人体水平在空间真实环境和地面模拟失重条件下得到的研究结果,以期助力航空航天力学生物学的发展研究,并为航天员或地面相关人群的健康防护或对抗措施研究提供帮助.

    重力失重航空航天生物力学力学生物学

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    空间微重力下细胞力学感知-传导的研究进展

    田然吴欣童孙联文
    387-392页
    查看更多>>摘要：在重力场下,绝大多数细胞功能受到力学载荷的调控.空间微重力下细胞对力学载荷的响应能力在空间机体生理功能适应性变化中的作用不容忽视.细胞骨架被普遍认为是细胞感知重力变化及响应力学载荷的关键结构之一.本文总结了微重力下"细胞骨架-LINC复合物-核纤层"这一细胞力学感知-传导途径变化及作用机制的研究进展,并对未来的研究工作进行展望.

    空间微重力细胞骨架力学感知力学传导

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    髓内压对骨内液体流动行为的影响

    于纬伦杨风健时念秋欧仁侠...
    393-399页
    查看更多>>摘要：目的 研究髓内压对骨内液体流动行为的影响.方法 利用COMSOL Multiphysics软件分别建立宏观大段骨组织和宏-细观骨间质-骨单元群的多尺度多孔弹性力学有限元模型,在考虑骨髓腔、哈弗氏管和骨陷窝-小管等不同孔隙尺度相互联系的情况下,对比中空骨组织和含髓内压骨组织的孔隙压力与流速情况,并分析髓内压幅值和频率对骨内液体压力和流速的影响.结果 考虑髓内压时,含髓内压骨组织比中空骨组织孔隙压力高6.4 kPa.骨内液体压力随着髓内压幅值的增加而明显增加,但流速基本不变.髓内压频率对孔隙压力和流速基本无影响.结论 建立的多级孔隙模型更精准分析了骨内液体流动行为,研究结果对深入理解骨内力传导具有重要意义.

    髓内压液体流动骨单元多尺度

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    内镜下单侧小关节分级切除对颈椎节段稳定性影响

    杨广南刘江蒋强张晗硕...
    400-406页
    查看更多>>摘要：目的 探究颈椎内镜下不同范围小关节切除对颈椎节段稳定性的影响,为临床手术提供生物力学理论基础.方法 基于CT数据建立颈椎C5-6正常有限元模型,并模拟颈椎内镜手术操作获得不同范围(0、25％、50％、75％、100％)单侧小关节切除椎板开窗模型(模型1～5),分析比较各组模型节段活动度(range of motion,ROM)及椎间盘von Mises应力情况.结果 除前屈工况外,模型1、2较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力改变不明显,模型3较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力出现较为明显增加,前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转及右旋转时 ROM 分别增加 27％、4％、3％、13％、5％、16％,von Mises 应力分别增加 32％、4％、2％、5％、9％、5％.模型4、5较正常模型各方向下ROM及椎间盘von Mises应力增加显著,模型4的ROM分别增加27％、14％、6％、24％、7％、167％,von Mises 应力分别增加 33％、13％、3％、32％、10％、130％;模型 5 的 ROM 分别增加 27％、17％、6％、25％、7％、167％,von Mises应力分别增加33％、29％、8％、33％、12％、138％.结论 随着单侧小关节切除范围的增加,颈椎节段ROM和椎间盘von Mises应力极值逐渐增加.当单侧小关节切除超过1/2时,颈椎出现较大的ROM增加及应力改变.临床手术中应尽量保留1/2以上颈椎小关节,避免医源性失稳.

    颈椎内镜手术颈椎管狭窄症小关节分级切除

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    双头螺钉对三柱截骨术后多棒结构稳定性的影响

    廖运钱周宇王政伦刘永胜...
    407-412页
    查看更多>>摘要：目的 通过有限元分析比较双头螺钉与传统连接器多棒结构在脊柱后路三柱截骨术后矫形固定的稳定特性.方法 基于重度脊柱角状后凸患者术后CT数据建立T3～L4胸腰椎有限元模型.在患者标准双棒模型(2R)基础上,分别建立双头螺钉多棒结构模型(double-head screws,4R-DHS)和传统连接器多棒结构模型(traditional connectors,4R-TC).在300 N随动载荷和7.5N·m力矩载荷下对模型进行评估,分析两种多棒结构的稳定性、主棒上最大von Mises应力及应力分布.结果 两种多棒结构的稳定性差异不大.相比于4R-TC,4R-DHS除了后伸时主棒上最大von Mises应力略有增加外,其余运动中主棒上最大von Mises应力均有所下降(屈曲、左侧弯、左侧弯、右侧弯、左轴向旋转、右轴向旋转应力分别下降7.2％、8.8％、8.7％、18.5％、16.9％),并且应力分布更加均匀.结论 双头螺钉多棒结构相比于传统连接器多棒结构可以降低主棒上的最大应力,且不存在连接器附近主棒应力集中的问题,可以更有效降低内固定失效风险.

    三柱截骨术双头螺钉连接器有限元分析

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    有限元分析改良皮质骨轨迹置钉在腰椎翻修术中的力学性能

    张连鹏居来提·买提肉孜张治豪张瑞...
    413-420页
    查看更多>>摘要：目的 利用有限元分析改良皮质骨轨迹置钉(modified cortical bone trajectory,MCBT)、皮质骨轨迹置钉(cortical bone trajectory,CBT)技术在腰椎翻修手术中的力学性能,并分析MCBT相比CBT在翻修手术中的优势.方法 根据CT扫描数据建立L1～5节椎体、终板、纤维环、髓核三维模型,在椎体模型中按传统轨迹(traditional trajectory,TT)椎弓根置钉技术进行置钉,再将TT螺钉去除,保留TT钉道,并用MCBT、CBT螺钉在该椎体上进行翻修置钉,对腰椎重新固定.利用有限元分析MCBT、CBT在翻修手术中的力学性能.结果 在前屈、后伸、侧弯、轴向旋转工况下,CBT翻修组相比对照组运动范围(range of motion,ROM)分别降低12.07％、19.60％、8.72％、7.66％,L3～4椎体间纤维环应力分别增加11.27％、30.43％、35.52％、25.36％,L4～5椎体间纤维环应力分别降低39.84％、52.64％、23.91％、15.77％;MCBT 翻修组相比对照组,ROM 分别降低 13.18％、20.27％、25.63％、8.59％,L3～4 椎体间纤维环应力分别增加10.41％、21.60％、15.83％、18.41％,L4～5椎体间纤维环应力分别降低37.14％、61.94％、39.46％、35.23％;MCBT 翻修组相比 CBT 翻修组 ROM 分别降低 1.26％、0.83％、18.53％、1.00％,L3～4 椎体间纤维环应力分别降低 0.77％、6.77％、14.53％、5.54％,L4～5 椎体应力分别降低 2.82％、15.91％、19.79％、8.75％.在前屈工况下.MCBT翻修组L4～5椎体间纤维环应力相比CBT翻修组增加4.49％,在后伸、侧弯、轴向旋转工况下分别降低19.65％、20.44％、23.11％.结论 采用MCBT、CBT进行椎体翻修时均能够提供满足椎体固定要求的力学性能,并且MCBT的固定性能与安全性能不劣于CBT.研究结果为腰椎翻修术提供了更多的入路选择,在临床中具有一定参考意义.

    腰椎改良皮质骨轨迹置钉皮质骨轨迹置钉翻修手术

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    髋臼内陷技术对成人DDH全髋关节置换术髋臼杯生物力学影响的有限元分析

    张欣林文杰贺彬冯柏淋...
    421-427页
    查看更多>>摘要：目的 探讨髋臼内陷技术对成人发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)髋关节置换术后髋臼假体的生物力学效应.方法 获取1名成人单侧DDH患者双侧髋关节CT图像数据,进一步构建患侧半骨盆有限元模型.在此基础上,建立臼杯不同内陷水平的有限元模型,对比分析原位组和不同水平内移组之间的生物力学差异.结果 在模拟拔出试验中,原位组最大抗拔出载荷强度为1 166N;相比原位组,4 mm和8 mm内移组抗拔出载荷强度分别增加了 45.8％和57.1％;原位组髋臼假体在步态周期站立位相载荷工况下臼杯-骨界面最大微动为166.4 μm,内移4 mm及8 mm组相对原位组分别减少了 46.2％和62.1％.对于臼杯植入后髋臼周围即刻应力分布,不同组别之间的差异并不显著;而在步态周期站立位相载荷工况下,原位组髋臼周围平均应力及峰值应力均最小,平均应力随内移程度的增加而增大,内移4 mm组峰值应力最高.结论 相较原位植入假体,髋臼内陷技术可以提高假体初始稳定性,稳定性和内移程度成正比.但内移程度不足导致骨覆盖面积不足时,臼杯-骨界面边缘应力显著增加,可能会导致假体相关并发症风险的升高.

    发育性髋关节发育不良髋关节置换髋臼内陷有限元分析

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    泰森多边形多孔结构髋臼杯初始稳定性研究

    宜亚丽于润泽张金明李姣...
    428-434页
    查看更多>>摘要：目的 分析泰森多边形多孔结构髋臼杯与实体髋臼杯的初始稳定性差异,探究泰森多边形结构多孔层对髋臼杯初始稳定性的影响及其在预防松动脱位方面的作用.方法 通过Grasshopper设计孔隙率分别为60％、70％的泰森多边形多孔结构支架,利用选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)制备实体髋臼杯与孔隙率为60％、70％多孔髋臼杯样件,在相同条件的聚氨酯块模型中进行杠杆试验,分析对比3组样件的最大撬出力矩、偏转角度、界面刚度.结果 在压入力无明显差异的情况下,孔隙率为60％、70％多孔髋臼杯的最大撬出力矩分别比实体髋臼杯高278.82％、320.56％,偏转角度比实体髋臼杯高194.04％、269.23％,界面刚度比实体髋臼杯高18.58％、7.88％.杠杆试验完成后,多孔髋臼杯所用的聚氨酯块半球腔内出现明显磨损.结论 泰森多边形多孔结构髋臼杯的初始稳定性指标均高于实体髋臼杯,说明泰森多边形结构多孔层能提高髋臼杯的初始稳定性.研究结果能够为髋臼假体的设计与选型提供一定参考.

    全髋关节置换术髋臼杯多孔结构泰森多边形初始稳定性

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    三维组架螺钉与环形钢板治疗Sanders ⅢAB型跟骨骨折的有限元分析

    潘红元孔德伟刘粤龚璐璐...
    435-441页
    查看更多>>摘要：目的 探讨三维组架螺钉与环形钢板对Sanders ⅢAB型跟骨骨折的生物力学稳定性的影响.方法 收集1名26岁志愿者跟骨CT和MRI数据,建立Sanders Ⅲ AB型跟骨骨折的三维有限元模型,分别使用三维组架螺钉与环形钢板固定,施加700 N纵向载荷,比较不同模型骨块及内固定应力与位移变化情况.结果 在700 N纵向载荷下,两组模型骨块最大位移以及骨块与内固定最大应力均集中于后距关节面内固定与骨折线相交处.三维组架螺钉模型与环形钢板模型骨块整体位移相近.相较于环形钢板模型,三维组架螺钉模型骨块及内固定的最大应力和平均应力更小,位移与应力变化情况更接近完整跟骨模型.结论 Sanders ⅢAB型跟骨骨折固定时,三维组架螺钉与环形钢板两种固定方式均能提供良好稳定性.三维组架螺钉的生物力学性能优于环形钢板,更符合生物力学特点.

    跟骨骨折三维组架螺钉环形钢板骨块内固定

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    基于传力路径的接骨板结构拓扑优化设计

    蔡俊丁晓红段朋云熊敏...
    442-449页
    查看更多>>摘要：目的 提出一种相对于传统拓扑优化方法能有效降低应力集中,并进一步提高断骨愈合效果的接骨板拓扑优化设计方法.方法 依据接骨板在断骨-接骨板系统中的载荷约束条件,采用改进的基于传力路径的拓扑优化方法对接骨板结构进行优化设计.随后采用基于偏应变的骨再生模拟模型,对胫骨骨干横向骨折情况进行骨再生模拟,依据骨再生过程数据对优化接骨板的受力状态、固定稳定性及愈合性能进行评估.结果 使用基于传力路径优化方法的优化接骨板在体积分数f=0.55、0.65时,接骨板最大应力分别为55.68、42.23 MPa,相较于传统拓扑优化方法优化接骨板分别降低32.96％、29.95％;骨愈合过程后骨痂平均弹性模量分别为1 439.47、1 355.71 MPa,相较于传统接骨板分别提升145.86％、131.06％.结论 提出的改进基于传力路径的拓扑优化方法,可以用于接骨板结构优化设计,优化后接骨板相比传统拓扑优化方法优化接骨板受力更加均匀,使用安全性更高,骨愈合性能相较传统接骨板有明显提升.研究结果为骨折内固定植入物的优化设计提供了一种新思路和方法.

    传力路径接骨板拓扑优化结构设计

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