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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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    基于μMRI生物力学建模评估股骨近端微结构力学行为

    霍晨晨杨海胜
    866-872页
    查看更多>>摘要：目的 建立并验证一种基于显微磁共振成像(micro-magnetic resonance imaging,μMRI)和微结构分割无创评估股骨近端微观力学行为的生物力学建模方法.方法 首先,对股骨样本进行μMRI扫描,基于分区域图像处理的方法分割骨微结构,建立μMRI微有限元模型(μMRI模型),模拟侧向跌倒姿态进行有限元分析,计算应力和应变.其次,借助显微CT(μCT),验证μMRI图像分割骨微结构的准确性;基于μCT构建有限元模型(μCT模型),验证μMRI模型计算结果的准确性.最后,通过模拟侧向跌倒的离体力学加载实验和应变片测量,验证μMRI模型计算骨表面应变的准确性.结果 μMRI 与 μCT 模型计算得到的骨微结构参数 BV/TV 显著相关(r=0.89,P<0.05),μMRI模型和μCT模型计算得到的最大和最小主应力/主应变百分位数高度相关(R2>0.9).μMRI模型计算得到的应变与力学实验测量的应变高度相关(R2=0.82).结论 基于μMRI分割骨微结构建立的股骨近端微有限元模型可较为准确地表征股骨近端微观力学行为,研究结果为在体无创评估髋部股骨微结构退变和骨质疏松性骨折风险提供了重要工具.

    显微磁共振成像微计算机断层扫描有限元分析股骨骨微结构

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    INBONE Ⅱ和INFINITY型人工踝关节的生物力学特征分析

    王闯张小刚张延伟靳忠民...
    873-880页
    查看更多>>摘要：目的 评估人工踝关节INBONE Ⅱ和INFINITY全踝关节置换术(total ankle arthroplasty,TAA)后生物力学特征差异,为患者提供更加科学和个体化的治疗选择.方法 基于骨肌(musculoskeletal,MSK)多体动力学(multibody dynamics,MBD)软件AnyBody,建立患者个体化TAA下肢MSK MBD 模型.预测踝关节接触力、踝关节运动和人工踝关节关节面接触特征.结果 人工踝关节关节面几何形状对踝关节接触力没有显著影响,但会对活动度和关节面接触特征造成影响.相比于INBONE Ⅱ,INFINITY 冠状面关节面弧高较低,内翻-外翻和外旋-内旋运动分别增加 7.91%和 2.61%;矢状面匹配度较低,后移-前移和下移-上移运动分别减小 21.75%和 21.23%,内移-外移运动增加 49.26%;INFINITY匹配度较低,内侧、外侧和总关节面接触面积分别减少 18.48%、30.42%和26.36%,但接触压力中心运动轨迹集中在距骨组件边缘内侧,避免边缘接触应力集中,降低关节脱位和胫骨衬垫过早磨损的风险.结论 INFINITY型人工踝关节更小的几何限制,表现出更好的生物力学性能,更有利于恢复术后踝关节运动功能.

    人工踝关节全踝关节置换骨肌多体动力学生物力学特征

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    功能梯度材料全踝关节假体力学响应的有限元分析

    马杰李永胜陈静武晓刚...
    881-888页
    查看更多>>摘要：目的 研究分别植入径向和轴向功能梯度材料(functionally graded materials,FGM)踝关节假体后,胫骨假体与胫骨远端松质骨的力学响应.方法 使用 3 种FGM,分别为钛合金-生物活性玻璃复合FGM(FGM-Ⅰ)、钛合金-理想骨弹性材料复合FGM(FGM-Ⅱ)、钛合金-羟基磷灰石复合FGM(FGM-Ⅲ).建立全踝关节置换三维有限元模型,利用仿真软件ABAQUS基于Fortran进行二次开发,通过改变体积分数,在轴向和径向上调整所建功能梯度胫骨假体的力学特性.分析FGM轴向和径向胫骨假体植入后,在站立位工况下胫骨假体与胫骨松质骨上的应力分布.结果 与钛合金胫骨假体相比,3 种FGM均可有效减小胫骨假体上的应力集中,其中FGM-Ⅲ胫骨假体总体效果优于 FGM-Ⅰ和 FGM-Ⅱ胫骨假体,且相对于轴向分布而言,FGM 沿径向分布可以有效降低假体的最大von Mises应力.对于胫骨松质骨,3 种FGM径向胫骨假体和FGM-Ⅲ轴向胫骨假体均能有效增加其远端应力,从而减轻松质骨上的应力遮挡,其中FGM-Ⅲ径向胫骨假体最为有效地改善了松质骨上的应力水平.结论 FGM-Ⅲ径向踝关节假体可以有效降低假体上的应力集中现象并减小应力遮挡效应,以此达到延长假体寿命的目的,具有潜在的应用前景.

    功能梯度材料踝关节假体应力遮挡有限元分析

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    肘关节后囊损伤后愈合不同阶段的生物力学

    王芳田博天李明新胡军...
    889-895页
    查看更多>>摘要：目的 评估关节后囊损伤愈合过程中不同阶段,肘关节内部软组织的力学行为.方法 建立考虑肌肉主动行为的肘关节有限元模型,模拟肘关节在无损伤和关节后囊损伤后 2、4、6、8 周时屈曲运动,分析关节囊、尺骨软骨和韧带von Mises等效应力变化.结果 无损伤以及损伤后 2、4、6、8 周时,关节囊在肘关节屈曲 60°时应力分别为8.23、7.87、8.27、8.99、10.5 MPa.在肘关节屈曲 30°时,与无损伤相比,损伤后 2、4、6、8 周时尺骨软骨应力分别为增加 13.0%、28.3%、41.3%和 45.7%.与损伤后 2 周相比,损伤后 4 周时桡侧副韧带在屈曲 15°、30°、45°、60°、75°时应力分别减少 12.5%、22.2%、13.6%、3.2%和 10.6%.结论 肘关节后囊损伤愈合过程中,骨与软组织生物力学特征变化显著.研究结果可为关节囊挛缩的预防和治疗以及康复辅具的开发提供理论依据.

    肘关节关节囊挛缩屈曲运动数值模拟

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    责任节段减压联合矫形固定短节段融合手术治疗退变性腰椎侧弯的效果评价

    曾辉吴刚强黄灿韩晓军...
    896-902页
    查看更多>>摘要：目的 探讨责任节段减压联合矫形固定短节段融合手术在退变性腰椎侧弯中的疗效.方法 退变性腰椎侧弯患者 124 例,采用随机数字表法分为短节段和长节段融合组,每组 62 例.短节段融合组经后路短节段减压固定融合,融合节段为相邻腰椎;长节段融合组经后路长节段减压固定融合,融合节段为相邻多个腰椎.术后 6 个月,比较两组冠状面腰椎侧凸Cobb角、矢状面腰椎前凸Cobb角、椎间孔高度、椎间隙高度、椎间孔面积、椎管面积、椎管直径、日本矫形外科协会(JOA)评分、Oswestry功能障碍指数(ODI)、腰背部及下肢的疼痛程度及术后并发症.结果 术后 6 个月,短节段融合组和长节段融合组患者的冠状面腰椎侧凸Cobb角较术前均减小,矢状面腰椎前凸Cobb角较术前均增大(P<0.05).术后 6 个月,短节段和长节段融合组患者的椎间孔高度、椎间隙高度、椎间孔面积、椎管面积及椎管直径均增加,短节段融合组高于长节段融合组(P<0.05).术后6 个月,短节段和长节段融合组患者JOA评分较术前均升高,短节段融合组高于长节段融合组(P<0.05);短节段和长节段融合组患者ODI评分较术前均降低,短节段融合组低于长节段融合组(P<0.05).术后 6 个月,短节段和长节段融合组患者腰背部及下肢的疼痛程度评分较术前均降低(P<0.05).长节段融合组术中椎板硬脊膜黏连所致减压过程中硬脊膜撕裂 2 例,短节段融合组未监测到严重并发症.结论 经后路短节段减压固定融合与长节段减压固定融合在退变性腰椎侧弯的治疗上均可取得良好的疗效,而短节段融合组经后路短节段减压固定融合术的手术时间较短,术中出血量较低,腰椎功能恢复状态更优,且术后并发症的发生风险更低.

    退变性腰椎侧弯节段减压短节段融合长节段融合

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    复合手法治疗胸腰椎骨折(A3)的有限元研究

    李稳超俞鹏飞马智佳朱广晔...
    903-909页
    查看更多>>摘要：目的 通过有限元方法分析多种手法治疗胸腰椎骨折(A3),探讨复合手术法治疗胸腰椎骨折(A3)可行性及优势.方法 通过对胸腰椎骨折(A3)进行三维重建,在模型上分别采用模拟过伸体位复位、单纯按压复位、过伸体位下按压复位以及复合手法进行加载,观察模型的应力分布以及骨折椎体位移情况.结果 复合手法等效应力为111.88 MPa,大于其他手法,且复合手法的应力更能集中于椎体前柱以及中柱;复合手法应力峰值为 122.53 MPa,大于其他手法,集中分布于骨折椎体的骨折区域;复合手法骨折位移为 3.94 mm,大于其他手法,位移分布由后柱向前中柱递减;复合手法下骨折椎体前纵韧带、横突间韧带应力最大,而过伸体位复位、单纯按压复位、过伸体位下按压复位,关节囊韧带的应力最大.结论 复合手法治疗胸腰椎骨折(A3)相对于其他手法复位具有明显优势,是当前治疗胸腰椎骨折(A3)的合理方案.

    胸腰椎骨折手法复位复合手法有限元分析

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    腰椎椎弓根螺钉矢状面方向与螺钉松动的相关性研究

    占旭强余海鑫西信向卿志...
    910-915页
    查看更多>>摘要：目的 基于头尾周期性载荷及人工椎骨研究腰椎椎弓根螺钉矢状面方向与螺钉松动之间的相关性,为改善术中螺钉置入方向以减少术后螺钉松动发生率提供参考.方法 分别以头倾、平行及尾倾 3 种方向将腰椎椎弓根螺钉置入人工椎骨内,并将其安装于材料试验机中,而后予装置 100 N预载荷和 166 N循环载荷(循环周期为10 000 次).在加载过程中记录相应位移并绘制循环位移曲线.加载完毕后旋出螺钉,并测量螺钉孔洞体积,计算螺钉孔洞体积比值(螺钉孔洞体积与螺钉置入椎骨内体积的比值).结果 循环位移曲线结果显示,头倾组中位移最大,其次是平行组,而尾倾组最小.螺钉孔洞体积比值结果显示,头倾组的比值最大,其次为平行组,最后是尾倾组.相关性分析结果显示,螺钉矢状面方向与末端位移(第 10 000 周期时对应的位移)(ρ=-0.897,P=0.02)和螺钉孔洞体积比值(ρ=-0.902,P=0.01)都存在负相关性.结论 腰椎椎弓根螺钉矢状面方向与螺钉松动之间存在负相关,即当螺钉矢状面方向在一定角度范围内由头倾朝平行及尾倾方向调整时,螺钉松动程度呈现减小趋势.

    腰椎椎弓根螺钉螺钉松动头尾周期性载荷矢状面方向人工椎骨

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    弧形髋臼截骨术对腰椎生物力学影响

    许世森鲁宁许平李文金...
    916-922页
    查看更多>>摘要：目的 建立健康志愿者、髋关节发育不良(development dysplasia of the hip,DDH)患者手术前后股骨-骨盆-腰椎模型,研究弧形髋臼截骨术对腰椎生物力学影响.方法 利用CT扫描获取 4 名DDH患者手术前后以及 1 名健康志愿者股骨-骨盆-腰椎DICOM数据,构建三维有限元模型.在Geomagic中采用偏移命令划分皮质骨与松质骨,在SolidWorks中添加腰椎软骨、骶髂关节、耻骨联合等软骨,在ANASYS中对模型进行有限元分析,步态为慢走中的单腿支撑中期相.分析对比DDH患者手术前后腰椎生物力学变化,将患者术后腰椎生物力学数据与健康志愿者进行对比.结果 建立了 4 组患者和 1 组健康志愿者股骨-骨盆-腰椎模型,模型在各工况下结果均在所参考的文献范围内,证明模型有效.患者术后腰椎、股骨颈、纤维环与髓核所受应力远小于患者术前的状态,患者术后腰椎、股骨颈、纤维环与髓核所受应力与健康志愿者相近.结论 弧形髋臼截骨术在治疗DDH后会显著降低腰椎、椎间盘所受应力,纤维环与髓核受力也更加均匀,说明弧形髋臼截骨术会将患者调整到健康状态.研究结果为临床治疗DDH提供了生物力学依据,有助于优化手术方案.

    髋关节发育不良弧形髋臼截骨术股骨-骨盆-腰椎模型有限元方法

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    中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯的静态平衡足底压力特征

    史祎许亚民马晓丽王政...
    923-930页
    查看更多>>摘要：目的 了解中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征差异,为青少年脊柱侧弯的筛查、评估、治疗和评价预后提供科学依据.方法 选取30 例中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯为AIS组,30 例同龄健康女性青少年为对照组,采集静态平衡足底压力数据,比较分析两组足底压力分布特征.结果 足底压力特征方面,AIS组左、右足的平均压力(P<0.05)和后足压力(P<0.05)均显著大于对照组,前足压力均显著小于对照组(P<0.05),双足对称性指数(symmetry index,SI)显著大于对照组(P<0.05).AIS 组左足的足中内侧区和第 1 脚趾区足底压力显著大于对照组(P<0.05),第 1、2、3、4、5 跖骨区足底压力显著小于对照组(P<0.05);AIS组右足的足跟内侧区和第 1 脚趾区足底压力显著大于对照组(P<0.05),足中外侧区、第 3、4、5 跖骨区和第 3、4、5 脚趾区足底压力显著小于对照组(P<0.05).足底压力中心(center of pressure,COP)方面,AIS组足底COP 轨迹长度、95%信赖区间椭圆面积、COP左-右移动最大距离(COP-X)和 COP 前-后移动最大距离(COP-Y)均显著大于对照组(P<0.05).结论 中度Lenke 3CN型AIS患者与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征存在显著性差异,足部压力会偏向侧弯凸侧,双足的对称性、稳定性较差,平衡控制能力较弱.

    Lenke3CN型青少年特发性脊柱侧弯足底压力压力中心静态平衡

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    单侧功能性踝关节不稳男性连续纵跳落地时下肢生物力学及偏侧性研究

    王子龙张芷琪孟令越卢梦雅...
    931-938页
    查看更多>>摘要：目的 探讨单侧功能性踝关节不稳(functional ankle instability,FAI)人群在连续纵跳(continuous vertical jump,CVJ)落地过程中的下肢生物力学特征以及下肢偏侧性,并与健康人群进行对比.方法 选取 14 名单侧FAI男性作为实验组,匹配 14 名无踝关节损伤男性为对照组,两组均执行30 次CVJ落地任务.运用Vicon和Kistler设备分别对两组受试者在第 1、15、30 次 CVJ 落地过程中的下肢运动学、动力学特征进行同步采集,对数据采用2×3 混合方差分析.结果 FAI患者在执行CVJ落地任务时,患侧肢体与健康人群的运动学、动力学特征无明显差异,但在vGRF峰值SI上表现出更高的偏侧性.尽管随着跳落任务次数的增加和疲劳程度的上升,人体会调整下肢动作模式,但这种调整似乎并未对FAI患者患侧下肢的生物力学特征和下肢偏侧性产生明显影响.结论 研究结果为预防FAI人群踝关节反复扭伤或者伤后重返赛场前的康复训练提供理论依据.在FAI患者的康复训练中应重视纠正下肢偏侧性,以减少潜在的长期损伤风险,并考虑生物力学适应性以实现全面康复.

    功能性踝关节不稳连续纵跳生物力学偏侧性运动损伤

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