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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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    竞技体育生物力学2023年度研究进展

    李上校杨进郝卫亚
    563-575页
    查看更多>>摘要：运动生物力学是研究人体运动力学规律的多学科交叉的应用学科,在竞技体育科学研究和科技保障中起到关键作用.本文在回顾竞技体育生物力学研究方法 基础上,重点阐述2023年竞技体育生物力学在提高运动成绩、预防运动损伤和研发运动装备3个领域的研究进展,以期为进一步促进运动生物力学在竞技体育的发展研究提供新思路.

    竞技体育生物力学动作技术运动损伤与康复运动装备

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    巴黎奥运周期竞技游泳运动生物力学研究进展

    顾耀东汪顺徐异宁
    576-585页
    查看更多>>摘要：本文梳理了巴黎奥运周期内竞技游泳运动生物力学研究的最新进展,通过分析运动生物力学在竞技游泳中的应用,旨在揭示运动表现提升与损伤预防的关键因素,主要涵盖技术分析与优化、研究方法 与设备、表现评估与强化,以及损伤预防与康复 4 个方面.巴黎奥运周期竞技游泳运动生物力学相关研究体现了运动生物力学在优化游泳技术动作、评估运动表现和预防运动损伤中具有重要作用.特别是最新的数据采集和分析设备,如高精度传感器、人工智能与深度学习技术的发展,使得对游泳技术的分析更加全面和精确.未来的研究应进一步结合多维度数据整合技术,通过高精度运动捕捉、流体力学测量及智能分析,深层次探索游泳技术的优化路径.

    运动生物力学竞技游泳技术优化伤病预防数据采集与分析

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    不同鞋面硬度对击球时足部应力和球运动的影响

    王硕朱晓兰邓成
    586-592页
    查看更多>>摘要：目的 利用有限元方法 进行击球过程模拟,探究鞋面硬度对足部受力和球运动的影响.方法 建立骨骼、软组织、足球鞋和球的实体模型,借助红外高速运动捕捉系统测试足背内侧击球时的运动学参数,将足速度和足、球之间的位姿关系加载到有限元模型中,从而完成击球模拟.结果 不同的鞋面硬度对球的旋转速度产生影响,而对球的平动速度几乎无影响.鞋面硬度增加导致足背压力逐渐上升并趋于稳定,最大压力差异为 200 N.第 1、第 5 跖骨应力分别升高了 40.07%、16.2%,第 3、第 4 跖骨应力分别下降了 22.96%、4.64%.结论 不同的鞋面硬度对球运动状态具有显著影响.相较于硬度较高的鞋面材料,硬度较低的鞋面材料能够有效减少足背压力,也有助于减少对骨骼应力的影响,从而降低长期穿着可能导致的损伤风险.

    足球鞋鞋面硬度有限元分析生物力学数值模拟

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    基于因子回归分析研究影响棒球击球机械能的下肢生物力学因素

    王世坤辛雷杨晨顾雪宋...
    593-599页
    查看更多>>摘要：目的 研究影响棒球击球机械能的下肢生物力学因素.方法 利用动作捕捉系统采集 C3D 数据,导入Visual 3D建立Hanavan多刚体人体模型和球棒的刚体模型,通过编制pipeline命令,计算并导出髋/膝/踝关节、躯干绕X、Y、Z轴旋转的角速度和关节力矩,使用SPSS对自变量和因变量之间逐步进行多元线性回归分析,将因子与因变量带入回归模型.结果 对球棒机械能影响最大的前 4 个自变量依次为:x19 右踝关节跖屈/背伸力矩,β=91.97;x2 左踝关节内翻/外翻力矩,β=91.74;x25 右髋关节屈髋/伸髋力矩,β=91.58;x3 左踝关节内旋/外旋力矩,β=91.50.结论 右髋关节屈髋/伸髋力矩与球棒机械功存在密切联系,击球者通过右髋关节的伸髋力矩产生使躯干和骨盆旋转,并实现能量向上肢的传导;左踝关节内收和外展力矩与球棒机械功存在密切联系,可用于击球早期的身体制动和击球晚期的身体旋转;针对左踝关节内收肌、右髋关节伸肌,有必要对右踝关节跖屈肌进行专项力量训练,以增强击球力量.

    棒球棒球击球关节力矩回归模型生物力学

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    梯度流体剪应力下细胞膜张力的数值模拟

    曹淑婷赵森张笑高颜...
    600-606页
    查看更多>>摘要：目的 分析梯度流体剪应力(fluid shear stress,FSS)流场中细胞膜张力分布.方法 构建梯度平板流动腔模型,采用流固耦合数值模拟方法,研究不同FSS梯度和幅值、不同静水压下细胞膜的膜张力分布.结果 当流动腔入口流量增大时,FSS流场梯度呈正比例增大.梯度FSS流场下,细胞膜张力由贴壁侧向顶部呈先减小后增大的趋势.在正常人体血压下,静水压越大,细胞膜张力越大.当FSS幅值一定时,增加FSS梯度,细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大;当FSS梯度一定时,增加FSS幅值,细胞高、低FSS区域平均膜张力差值增大.结论 梯度FSS流场会引起细胞膜张力的局部差异,其可能是破骨前体细胞在梯度流场中定向迁移的重要原因.

    梯度平板流动腔梯度流体剪应力破骨前体细胞膜张力

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    骨陷窝-小管结构改变对骨细胞流体动力学微环境的影响

    王晨璐王慧茹杨海胜
    607-614页
    查看更多>>摘要：目的 探讨废用条件引起的骨陷窝-小管系统(lacunar-canalicular system,LCS)结构改变对力学刺激作用下骨细胞流体动力学微环境的影响.方法 首先,以轴向加载的小鼠胫骨为对象,建立"整骨-单个骨细胞LCS"多尺度模型.然后,将整骨多孔弹性有限元模型计算得到的压力梯度等结果 作为单个骨细胞LCS模型的边界条件,以计算骨细胞周围的流速和剪切应力.最后,采用实验设计(design of experiment,DOE)方法 确定LCS结构参数(陷窝体积、陷窝形状与小管直径)对LCS内骨细胞流体动力学微环境的独立及交互影响.结果 当陷窝体积、陷窝形状与小管直径分别从正常变为废用条件时,流速分别增加了 5.3%、39.3%和 37.0%.DOE结果 显示,陷窝形状与小管直径对流速和剪切应力具有显著影响(P<0.05),且贡献比为 0.38∶0.62,而陷窝体积以及各参数交互作用影响不显著.结论 废用条件致陷窝形状和小管直径的改变是影响力学刺激作用下LCS内骨细胞流体动力学微环境的主要因素.通过合理的运动方式有望防治太空失重等带来的废用性骨丢失.

    骨重建废用骨陷窝-小管系统流体流动

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    不同运动状态下胰岛素对2型糖尿病大鼠骨髓间充质干细胞分化的影响

    武晓丹宫赫史佩佩胡小容...
    615-622页
    查看更多>>摘要：目的 研究正常活动和剧烈运动下胰岛素治疗对 2 型糖尿病大鼠股骨远端松质骨中固体受力和流体流动特性、骨髓间充质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)分化的影响.方法 基于Micro-CT扫描图像构建正常活动和剧烈运动下 4 周和 8 周胰岛素治疗实验的对照组、糖尿病组、治疗组和安慰剂组大鼠股骨远端松质骨和流体的有限元模型,并利用流固耦合数值模拟方法,分析各组模型的力学参数和细胞分化参数;并对力学参数、细胞分化参数与形态学参数进行相关性分析.结果 正常活动和剧烈运动下,胰岛素治疗改善了 2 型糖尿病大鼠的固体和流体力学参数、BMSCs分化参数.对于 4 周实验,正常活动与剧烈运动下胰岛素治疗分别使 2 型糖尿病大鼠的骨分化面积从 64.024%增加至 69.372%,以及从 73.225%增加至 75.336%;对于 8 周实验,正常活动与剧烈运动下胰岛素治疗分别使 2 型糖尿病大鼠的骨分化面积从 67.239%增加至 72.910%,以及从 76.147%增加至 78.291%.形态学参数中的BV/TV、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp、SMI与骨、软骨分化面积均具有显著相关性(P<0.05).结论 剧烈运动下 8 周胰岛素治疗组松质骨表面的BMSCs更容易分化形成骨组织.研究结果 对进一步理解正常活动和剧烈运动下胰岛素对骨的影响具有重要意义,并为临床上治疗 2 型糖尿病时胰岛素治疗周期和运动方式的选择提供理论指导.

    2型糖尿病胰岛素松质骨流固耦合流体剪应力

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    miR-194-3p调控模拟微重力条件下致成骨细胞功能异常的实验研究

    薛进冬程路畅王敏谭彩美...
    623-630页
    查看更多>>摘要：目的 探讨模拟微重力环境下miR-194-3p对成骨细胞功能变化的调控作用,为极端力学环境下成骨细胞的力学响应机制提供理论基础.方法 利用细胞旋转培养系统建立细胞水平微重力环境,分别采用MTT、RT-PCR、Western blot、荧光双染色法和茜素红染色法检测转染miR-194-3p抑制剂前后MC3T3-E1 成骨细胞增殖、分化、凋亡和矿化的变化情况.结果 模拟微重力环境下miR-194-3p表达上调,成骨细胞的增殖、分化和矿化均受到一定程度的抑制,同时促进了成骨细胞的凋亡.转染miR-194-3p抑制剂后,miR-194-3p表达显著下调,且能部分逆转由微重力导致的细胞成骨细胞增殖减弱、成骨分化标志物如ALP、OCN和COL-I基因和蛋白表达降低、骨矿化结节减少和成骨细胞凋亡数目增加的情况,说明miR-194-3p能有效改善微重力暴露下成骨细胞功能异常的情况.结论 模拟微重力环境下miR-194-3p可能作为一种负调控因子,通过调控成骨细胞功能参与其力学响应的进程.

    模拟微重力环境miR-194-3p成骨细胞细胞增殖细胞分化矿化力学响应

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    皮质骨微观能量释放率与大鼠月龄关系

    黄丽萍王溢童胡辰吴华杰...
    631-636页
    查看更多>>摘要：目的 预测大鼠股骨皮质骨微观能量释放率,探究微观能量释放率随大鼠月龄的变化关系.方法 依托前期实验数据,结合皮质骨断裂模拟数值方法,对比仿真与实验测得载荷-位移曲线及断裂模式,反演预测不同月龄大鼠股骨皮质骨的微观能量释放率.结果 经预测得到 1、3、5、7、9、11、15 月龄大鼠股骨皮质骨微观能量释放率分别处于 0.08～0.12、0.12～0.14、0.15～0.19、0.25～0.28、0.23～0.25、0.19～0.22、0.13～0.16 N/mm.结论 微观能量释放率随月龄增长而下降导致失效载荷降低,说明微观能量释放率是决定骨折发生的主要因素之一,但断裂时刻却未观察到明显下降,说明微观能量释放率与结构断裂时刻未呈线性正比关系.研究结果 能够从临床层面协助解释皮质骨的骨折发生机制.

    微观能量释放率皮质骨压缩断裂月龄

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    UKA胫骨托盘背部设计对骨-假体固定界面的生物力学影响

    马张稳张兵薛敏董天琦...
    637-643页
    查看更多>>摘要：目的 研究UKA胫骨托盘背部设计对单髁膝关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)骨-假体固定界面的生物力学影响.方法 构建膝关节内侧置换的固定式UKA有限元模型,以膝关节行走运动下的关节载荷和关节运动为边界条件,对比研究大龙骨型、小龙骨型、两立柱带鳍骨型、三斜立柱型和三直立柱型UKA胫骨托盘背部设计下胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力以及微动的差异.结果 在膝关节内侧最大受力时刻,相对于两立柱带鳍骨型的胫骨von Mises等效应力、骨-假体固定界面接触应力和微动,大龙骨型分别减小8%和 15.9%、增大 9.9%;小龙骨型分别减小12.3%、增大7.5%和1.6%;三斜立柱型分别减小10%和10.5%、增大1.2%;三直立柱型分别减小 7.7%、14.7%、1.6%.而骨-假体固定界面的最大微动发生在步态周期 21%时刻,相对于两立柱带鳍骨型的骨-假体固定界面微动,大龙骨型增大 1.2%,小龙骨型增大 1.6%,三斜立柱型减小 0.4%,三直立柱型减小 2.3%.结论 为了提高胫骨假体的长期固定效果,建议UKA胫骨托盘设计应重点考虑两直立柱带鳍骨或小龙骨的组合设计,从而有效地平衡应力传递和界面微动,在保证假体稳定性的同时降低无菌性松动的风险.

    单髁膝关节置换假体设计微动有限元分析接触应力

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