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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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    3D打印个性化导板辅助的内侧开放楔形胫骨高位截骨术与传统截骨方法比较

    周峰朱晓航许平成符鹏飞...
    1086-1092页
    查看更多>>摘要：目的 分析比较 3D打印个性化导板(patient-specific instrumentation，PSI)辅助的内侧开放楔形胫骨高位截骨术(open-wedge high tibial osteotomy，OWHTO)与传统内侧OWHTO在术后力学稳定性、力线调整的精确性以及临床疗效等方面的差异。方法 收集 2019 年 1 月～2022 年 1 月期间被诊断为膝骨关节炎并接受OWHTO患者资料。根据手术方法分为传统方法组(23 人)和 3D打印PSI辅助组(18 人)。通过对比两组患者术前规划的目标矫正髋-膝-踝角(hip-knee-ankle，HKA)与术后HKA角差值、术前胫骨后倾角(posterior tibial slope，PTS)和术后PTS角差值，评估两种方法矫正的精度。收集分析两组患者术前、术后 1、6、12 和 24 个月Lysholm评分、膝关节疼痛评分(visual analogue scale，VAS)和西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数(WOMAC)评分作为患者的临床疗效指标。收集分析两组患者术后并发症的发生情况，评估PSI辅助OWHTO的安全性。结果 两组患者的人口学特征、术前影像学和临床症状没有差异(P>0。05)。在矫正精度结果方面，传统OWHTO的HKA角差值为 2。7°±1。8°，3D打印PSI辅助OWHTO的HKA角差值 0。8°±1。1°(P<0。001)。传统OWHTO的PTS角差值为 2。8°±2。2°，PSI辅助OWHTO的PTS角差值 1。7°±1。9°(P=0。003)。在临床疗效方面，PSI辅助组的手术时间为(59。2±14。8)min，显著短于传统方法组的(87。6±21。4)min(P=0。019)。PSI辅助组患者Lysholm、VAS、WOMAC评分在术后各个随访时间点优于传统方法组。在手术并发症方面，传统方法组共有 4 例(17。3%)患者发生术后并发症，PSI 辅助组有 3 例(16。7%)，两组间无明显统计学差异。结论 与传统方法相比，3D打印PSI辅助OWHTO可以获得更好的精确度、更好地矫正下肢力线，并且具有良好的临床疗效和安全性。研究结果为临床医生选择手术方案提供有益的参考。

    膝骨关节炎胫骨高位截骨术3D打印个性化导板矫正精度临床疗效

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    人工全膝关节置换术中髌骨高度及倾斜角对远期膝关节活动度影响

    蒋健王龙冯骁王海波...
    1093-1098页
    查看更多>>摘要：目的 探讨人工全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)中髌骨高度及倾斜角对远期膝关节活动度影响。方法 纳入 2020 年 1 月～2022 年 12 月于徐州医科大学附属医院行TKA且未行髌骨置换的患者 116 例。根据患者术后 1 年内膝关节活动度恢复情况，将患者分为膝关节活动度正常组(膝关节活动度≥120°)42 例和活动度下降组(膝关节活动度<120°)74 例。术后1 年，比较两组患者的髌骨高度和倾斜度;术后3 个月、术后1 年，记录两组患者的膝关节功能和膝关节疼痛的恢复状态。结果 116 例患者术后无神经、血管、韧带损伤，术后无髌骨脱位、感染发生，术后切口一期愈合良好。术后 1 年，正常组患者的髌骨高度Insall-Salvati比值和髌骨倾斜度低于下降组(P<0。05)。术前、术后 3 个月、术后 1 年，两组患者膝关节功能HSS评分逐渐升高，正常组HSS评分高于下降组(P<0。05);两组患者的膝关节疼痛评分逐渐降低，正常组疼痛评分低于下降组(P<0。05)。髌骨高度、髌骨倾斜度是TKA术后膝关节活动度下降的危险因素(P<0。05)。结论 未行髌骨置换的TKA患者，患者术后的膝关节活动度下降与术后髌骨高度增加及髌骨倾斜角增大相关。

    全膝关节置换术髌骨置换髌骨高度髌骨倾斜角膝关节活动度

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    考虑蠕变的髋关节假体不同生理活动下的磨损有限元分析

    李昊刘斌简琦薇
    1099-1106页
    查看更多>>摘要：目的 考虑UHMWPE髋臼内衬蠕变效应，对在不同日常生理活动中髋关节假体的磨损情况进行分析。方法 建立CoCr股骨头与UHMWPE髋臼内衬的有限元分析模型并验证，对比分析ISO 14242 标准步态及站起/坐下、爬楼梯和屈膝对髋关节假体的磨损和蠕变影响。结果 在ISO 14242 标准步态下，未考虑蠕变时，髋臼内衬的最大接触压力从 18。3 MPa降至 12。2 MPa;考虑蠕变时，最大接触压力从 15。3 MPa降至 14。2 MPa。磨损和蠕变造成的最大线性穿透深度分别为 0。47、0。11 mm，磨损体积为 205 mm3。不同生理活动下的磨损量依次为爬楼梯>站起/坐下>ISO标准步态>屈膝。蠕变量依次为ISO标准步态>爬楼梯>屈膝>站起/坐下。结论 髋臼内衬的磨损和蠕变在不同生理活动下表现出显著差异。蠕变效应减小了UHMWPE髋臼内衬的最大接触压力，从而降低了磨损体积。髋关节假体设计需综合考虑蠕变和磨损效应，以优化假体性能并延长其使用寿命。

    人工髋关节磨损蠕变生理活动有限元分析

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    髋臼周围截骨术对站立位下骶髂关节受力的影响

    周陶勇韩谢川鲁宁李文金...
    1107-1113页
    查看更多>>摘要：目的 建立患者简化盆骨模型并模拟髋臼周围截骨术(periacetabular osteotomy，PAO)，探究PAO对站立位下骶髂关节受力的影响。方法 对患者髋关节模型前方中心边缘角(anterior center edge angle，ACEA)与外侧中心边缘角(lateral center edge angle，LCEA)进行调节，得到除术前的 27 个模拟术后模型。在单腿和双腿站立两种情况下，对各模型进行有限元计算分析，探究骶髂关节软骨受力变化规律与分布情况，并结合髋关节受力情况进行分析。结果 单腿站立时，正常人骶髂关节软骨最大应力为 18。2 MPa，随着 ACEA 增大，患者骶髂关节软骨von Mises应力从 34。5 MPa降低到 19。8 MPa，骶髂软骨整体应力呈现下降趋势。髋臼软骨最大von Mises应力从4。767 MPa降低到 2。7 MPa。但在ACEA=36°前，髋臼软骨整体应力呈现下降趋势;在ACEA=36°后开始增大，应力分布明显改善。双腿站立时，患者病侧骶髂关节软骨最小 von Mises应力为 2。8 MPa，最大 von Mises 应力为6。5 MPa。正常侧受力未有太大变化，双侧受力差值逐渐减小。结论 PAO不仅能使髋关节受力情况得到改善，也能使骶髂关节的受力情况得到好转，但是骶髂关节的改善规律和髋关节并不相同。在手术前，根据髋关节与骶髂关节进行综合性规划，能为医师手术做参考，对髋臼发育不良患者治疗得到更好效果具有重要意义。

    髋臼周围截骨术骶髂关节应力站立

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    改良皮质骨轨迹螺钉联合椎弓根螺钉技术对融合节段影响的有限元分析

    肖扬王轶希张瑞张涛...
    1114-1122页
    查看更多>>摘要：目的 基于 L4～5 节段后路腰椎椎间融合术(posterior lumbar interbody fusion，PLIF)模型研究双侧椎弓根螺钉(bilateral pedicle screw，BPS)和双侧改良皮质骨轨迹螺钉(bilateral modified cortical bone trajectory screw，BMCS)联合固定技术的生物力学特性。方法 根据 3 具尸体腰椎标本，建立L1～S1 椎体有限元模型。BPS-BPS(TT螺钉位于L4～5)、BPS-BMCS(TT螺钉位于L4，MCBT螺钉位于L5)、BMCS-BPS(MCBT螺钉位于L4，TT螺钉位于L5 节段)和 BMCS-BMCS(MCBT螺钉位于L4～5)植入有限元模型中。在400 N载荷和 7。5 N·m力矩的屈曲、后伸、弯曲和旋转条件下，比较 L4～5 节段运动范围(range of motion，ROM)以及内固定系统、融合器和连接棒的峰值应力。结果 BMCS-BPS组在旋转工况下 ROM 以及融合器、内固定系统和连接棒峰值应力均小于 BPS-BPS 组、BPS-BMCS组、BMCS-BMCS组。BPS-BMCS组和BMCS-BPS组较BPS-BPS组显著降低了弯曲、旋转工况下L4～5 节段ROM，较BMCS-BMCS组显著降低了旋转工况下L4～5 节段ROM。BPS-BMCS组和BMCS-BPS组在弯曲工况下较BPS-BPS组和旋转工况下较传BMCS-BMCS组显著减少融合器沉降的风险。BPS-BMCS组和BMCS-BPS组较BPS-BPS组、BMCS-BMCS组显著降低了弯曲、旋转工况下连接棒断裂失效的风险，且增强了内固定系统的稳定性。结论 PLIF联合BPS-BMCS 和 BMCS-BPS固定技术，可为人体在弯曲和旋转时可提供较好的内固定系统稳定性、椎体稳定性以及较低的融合器沉降和连接棒断裂风险，从而提高手术成功率和患者的康复效果。

    椎弓根螺钉改良皮质骨轨迹螺钉后路腰椎椎间融合术内固定

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    头盆环牵引的最佳牵引量生物力学分析

    李峰富荣昌陈永浩王槐...
    1123-1129页
    查看更多>>摘要：目的 评估头盆环牵引治疗脊柱侧弯的最佳牵引量，为临床手术的评估和康复提供理论参考。方法 建立包含脊髓的胸腰椎三维模型，并进行模型的有效性验证。对模型施加 5 组不同的牵引量(10、15、20、25、30 mm)，通过模拟不同牵引量下脊柱的生物力学响应，来确定最佳牵引量。结果 随着牵引量的增加，Cobb角逐渐减小，尤其在 15～20 mm之间，Cobb角减少量占最大减少量的 50%～70。5%，主弯曲处脊柱的应力为最大应力的 47。4%～67。5%，脊髓灰质和白质的应力分别为最大应力的 70。3%～84。5%和 68。8%～83。9%。结论 15～20 mm牵引量是治疗脊柱侧弯的最佳选择。在这一范围内，可以最大化地矫正Cobb角，同时保持较低的应力水平，减少脊柱和脊髓的损伤风险。

    脊柱侧凸脊髓头盆环牵引牵引量有限元分析

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    不同牙槽骨高度下正畸牙移动的三维有限元分析

    王婧杨天梅张俭马福娟...
    1130-1136,1153页
    查看更多>>摘要：目的 探讨不同牙槽骨高度下正畸牙移动的生物力学特点，为正畸临床治疗提供理论参考。方法 建立牙槽骨高度正常以及降低 1/3、1/2、2/3 的 4 组下颌牙列模型。模拟下颌中切牙在不同载荷下进行舌向移动、远中移动、压低移动。分析牙齿牙周膜应力及位移的分布和变化。结果 在 3 种移动中，随着牙槽骨高度的降低和矫治力的增大，牙颈部应力集中程度和牙周膜等效应力增加。同时，各观察点位移量和冠根位移差增大，牙齿倾斜移动趋势加重。当牙槽骨高度降低 2/3，舌向及远中移动矫治力达 150 g，压低移动达 100 g时，牙周膜等效应力增大至最大，牙齿倾斜移动趋势最明显。结论 牙槽骨高度的降低会加重牙槽嵴顶的应力集中及牙齿倾斜移动的趋势。对于牙周条件差的正畸患者，应根据其牙槽骨高度相应降低矫治力，确保正畸治疗的安全有效。

    牙槽骨高度正畸牙移动有限元分析生物力学

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    渐进性负荷对种植体周围骨改建影响的三维有限元分析

    胡洁羽贾璐荣周文娟柳忠豪...
    1137-1145页
    查看更多>>摘要：目的 模拟种植体渐进性负荷过程，评估渐进性负荷方式对种植体周围骨改建的影响。方法 采用有限元分析结合ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language，APDL)程序，计算种植体植入6 个月内使用常规负荷(对照组)及渐进性负荷(实验组)的种植体周围平均骨密度，观察种植体周围 1 mm3 感兴趣区域(region of interest，ROI)内骨组织的应力分布及骨密度变化。结果 对照组在术后 6 个月内皮质骨骨密度降低 0。19 g/cm3，而实验组仅降低了 0。15 g/cm3，松质骨内各区域骨密度在实验组中相比对照组增长 0。4 g/cm3。实验组皮质骨内骨密度下降程度小于对照组，松质骨内实验组增长大于对照组。有限元分析实验组等效应力分布范围及最大值(8。9 MPa)明显大于对照组(6。68 MPa)。结论 在种植术后 6 个月内使用渐进性负荷方式，能够使种植体周围骨组织的应力分布有助于种植体愈合过程中边缘骨组织的稳定。与常规负荷方式相比，渐进性负荷方式下种植体周围骨密度增长程度更多，效果优于常规负荷方式。

    渐进性负荷骨改建骨密度种植体

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    基于XCM模型预测排球运动员前交叉韧带应力

    张楠孟庆华鲍春雨
    1146-1153页
    查看更多>>摘要：目的 通过XCM深度神经网络模型预测排球运动员扣球落地左腿前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)应力情况。方法 基于核磁共振和CT影像建立完整的膝关节有限元模型;通过 8 镜头Qualisys动捕系统和Kistler三维测力台同步采集排球运动员运动学和动力学数据;通过OpenSim中肌骨模型计算膝关节力矩，将关节力矩作为有限元模型输入，输出 ACL 应力;将运动学、动力学数据作为神经网络的输入，ACL 应力作为输出。结果 排球运动员扣球落地ACL等效应力峰值为(27。7±0。36)MPa，最大主应力为(8。2±0。23)MPa，最大剪切应力为(14。7±0。32)MPa;等效应变(5。7±0。008)%，最大主应变(5。0±0。006)%、最大剪切应变为(7。6±0。009)%。预测值与计算值间归一化的均方根误差为 5。84%～7。12%，均方根误差为 0。251～0。282。结论 XCM模型可在一定范围内预测排球运动员扣球过程中ACL应力情况。研究结果为获得排球运动员生物力学数据提供新途径，以及帮助排球运动员预防ACL损伤提供有效方法。

    深度神经网络有限元模型前交叉韧带排球扣球落地

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    经颅直流电刺激调控运动皮层对骑行递增负荷运动表现的影响

    李凤毕嘉伟梁志强吕娇娇...
    1154-1159,1211页
    查看更多>>摘要：目的 探究调控运动皮层的经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)对递增负荷耐力运动表现的影响。方法 采用随机、双盲、平行对照设计。40 名健康成年人随机分为真刺激组(持续 20 min刺激)或假刺激组(仅开始 1 min内提供 30 s缓升和 30 s缓降刺激)。使用多焦点tDCS调控多区域皮层兴奋性，将 7 个小电极(3。14 cm2 圆形电极)放置于初级运动区、前运动区和辅助运动区，单个电极注入电流不超过 1。552 mA，总电流不超过 3。998 mA。在干预前进行递增负荷运动基线测试，间隔 48 h后进行干预刺激，随后进行运动测试。采用双因素方差分析真假刺激对刺激前后递增负荷运动表现的影响。结果 受试者全部完成干预且耐受性较好。两组的运动时长及输出功率无显著差异(P>0。05);组内统计显示，真刺激干预后递增负荷转速提高(P=0。012)。结论 调控运动皮层的经颅直流电刺激可提高健康成年人自行车递增负荷运动的平均转速，提示该刺激方案可能是一种提高耐力项目运动效率的潜在手段。

    经颅直流电刺激运动区递增负荷功率自行车

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