• 2020年第5期文章目次
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      2020, 35(5).

      摘要 (191) HTML (0) PDF 341.92 K (489) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 封面

      2020, 35(5).

      摘要 (166) HTML (0) PDF 1.37 M (367) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >论著
    • 涂层修饰的柔性神经电极力学综合性能评估

      2020, 35(5):521-527.

      摘要 (245) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 对带有涂层修饰的柔性神经电极进行力学综合性能的评估,为电极及涂层参数的优化设计提供依据。方法 对接触、植入以及微动阶段建立简化力学模型,以聚酰亚胺为电极材料,PEG为涂层材料,PDMS模具注塑法为涂层涂覆方法,设置40、80、120、160、200 μm涂层厚度梯度,对3个因素(临界载荷、最大形变、脑组织最大应变)进行综合对比评估。结果 厚度增加会引起临界载荷增大、最大形变减小以及脑组织最大应变减小,同时也会导致脑组织应变区域增大。均衡3个因素考虑,选择200 μm作为涂层最佳厚度,在该厚度下,临界载荷为17.9 mN,最大形变为10.1 μm,脑组织最大应变为0.011 4。结论 涂层厚度对神经电极的力学性能有较大影响,在具体情况下可通过设置多个力学性能因素的影响因子选择最优参数。涂层的最优参数选择可提高电极的性能,对神经电极的临床应用具有重要意义。

    • 钻头刃型结构和钻削参数对骨骼钻削过程的影响

      2020, 35(5):528-532.

      摘要 (163) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 在不同钻型和钻削参数下对骨骼进行钻削力学和热学分析,降低钻骨过程中的钻削力和钻削温度,减小对周围骨组织的损伤。方法 通过有限元仿真软件AdvantEdge建立骨骼钻削模型并与猪股骨钻削实验对比,分析标准麻花钻与3种标准群钻在不同转速和进给速度下的仿真与实验结果。结果仿真与实验对比发现,钻头刃型、钻头转速和进给速度对钻削力和钻削温度的影响趋势一致,建立的仿真模型可信。结论 相同钻削条件下,钻橡胶群钻比标准麻花钻的钻削力和钻削温度更低。研究结果为群钻在骨折手术中的应用提供理论依据。

    • 新型组合式锁定钢板治疗SandersⅡ型及Ⅲ型跟骨骨折的有限元分析

      2020, 35(5):533-539.

      摘要 (113) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究已投入临床中使用的长型组合式锁定钢板与新型短型组合式锁定钢板治疗Sanders IIa、IIb、IIIab型跟骨骨折的骨折端应力分布规律及生物力学的稳定性。方法 建立Sanders IIa、IIb、IIIab型跟骨骨折三维模型,同时模拟跟骨在中立位及背伸20°时的受力情况。参照人体标本实物形态,施加500 N垂直轴向载荷,研究骨折块在受力作用下的位移及相对位移,并分析骨组织和内固定的受力情况。结果 长、短型组合式锁定钢板固定Sanders IIa、IIb型跟骨骨折中,钢板及跟骨应力集中位置基本相同,两种钢板固定同一种类型跟骨骨折的最大应力差均小于5 MPa,骨折模型最大位移无明显差异。长、短型组合式锁定钢板固定Sanders IIIab型跟骨骨折中,前臂钢板螺钉最高应力集中,有金属疲劳风险,最大应力差达12 MPa,跟骨最大位移达9 μm。结论 长、短型组合式锁定钢板治疗Sanders IIa、IIb型跟骨骨折无明显差异,而Sanders IIIab型跟骨骨折治疗中,长型组合式锁定钢板的固定效果优于短型组合式锁定钢板。

    • 内侧副韧带修补与冠状突骨折固定对恐怖三联征肘关节稳定性的影响

      2020, 35(5):540-545.

      摘要 (149) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨内侧副韧带(medial collateral ligament, MCL)修补与冠状突骨折固定(Regan-Morrey II型)对“恐怖三联征”肘关节稳定性的影响。方法 选取1名28岁成年健康男性志愿者的肘关节CT、MRI数据,建立肘关节实体模型。制作3种肘关节模型。模型A:正常模型;模型B:修补冠状突骨折块,不修补MCL;模型C:修补MCL,不修补冠状突骨折块。并且对3种模型分别施加纵向载荷,分析各种工况条件下肘关节关节面的位移、应力分布,比较肘关节的稳定性。结果 3种模型的位移、应力分布类似,关节面最大位移和最大应力均位于尺骨滑车切迹处,最小位移分布在尺骨冠状突及冠状突偏内侧附近区域,而最小应力分布在尺骨冠状突下方偏外侧附近区域。各模型最大位移与最大应力无统计学差异(P>0.05)。结论 在外侧柱稳定的情况下,修复MCL与修复固定尺骨冠状突骨折块效果相似。

    • 砍击案件中刀器锋利程度对前臂损伤的影响

      2020, 35(5):546-552.

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      摘要:目的 定量探究刀器砍击案件中刀器锋利程度对前臂损伤的影响。方法 以人体CT图像和砍刀原型为基础,建立锐利、钝口和宽口3种锋利程度的刀器和上肢有限元模型,对刀器以4 m/s速度、10 ms持续时间砍击前臂的过程进行仿真,分析接触力、砍创尺寸和能量变化。结果 锐利、钝口和宽口刀器在砍击过程中分别于65、85、95 ms接触尺骨,砍击力峰值分别为846、1 064、1 865 N,砍创长度分别为135.64、105.47、99.23 mm,深度分别为38.77、27.81、18.74 mm。随着刀器锋利程度降低,创口形成速度减慢、长度和深度减小,砍击力增加。与钝口和宽口刀器相比,锐利刀器砍击时模型系统总能量明显较大,内能也较高,但所产生的系统动能却较小。结论 建立定量评估刀器砍击上肢创口形成过程的方法 。研究结果深化了对刀器砍创形成生物力学机制的理解,为砍杀案件的法医鉴定和法庭审判提供参考依据。

    • 低密度脂蛋白在颈动脉中输运与沉积的数值模拟及其影响因素

      2020, 35(5):553-561.

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      摘要:目的 研究低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)在颈动脉中的输运和壁面沉积规律,分析其与血流动力学、形态学参数的关联性,为基于LDL壁面沉积特征及其关联因素评估颈动脉粥样硬化风险和易感位置提供理论参考。方法 基于医学图像对6名健康志愿者的颈动脉构建个性化模型,数值模拟LDL在脉动流条件下的输运及其在血管壁的沉积过程,并量化分析LDL壁面沉积浓度、浓度极化区域面积等与血流速度和颈动脉形态学参数的关联性。结果 LDL沉积常出现在靠近颈总动脉远端的颈动脉窦部,其沉积程度和分布特征存在明显的个体差异。沉积程度主要由流速决定,流速越小,LDL壁面沉积程度越高,相应的浓度极化区域面积越大;而沉积的空间分布主要受几何形态特别是分叉偏心率的影响,依分叉偏心率可呈环状分布和单侧分布两种典型的形式。结论 颈动脉血流速度和形态学特征是分别决定LDL沉积程度和分布特征的主要因素,对其进行个性化测量有助于识别颈动脉粥样硬化高风险个体及易感区域。

    • 基于冠状动脉形状阻力的血流储备分数数值模拟

      2020, 35(5):562-567.

      摘要 (102) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 构建一种将狭窄形状阻力作为边界条件的无创计算血流储备分数(FFRCT)的方法,检验其计算准确性。方法 取16例患者冠状动脉CT血管造影图像进行三维重建;考虑狭窄最小横截面积、狭窄长度构建形状阻力的数学模型,并以此造成的压力差作为边界条件加载到FFRCT计算中(简称形状阻力法)。以临床FFR值作为金标准,从平均误差率、准确率、敏感性以及阳性、阴性预测率5个方面,对照以往的管径法和体积法,分析形状阻力法的准确性。结果 基于管径法、体积法、形状阻力法计算FFRCT平均误差率分别为11.76%、10.46%、4.82%,准确率分别为85%、65%、90%,敏感性分别为85.7%、66.7%、87.5%,阳性预测率分别为75%、25%、87.5%,阴性预测率均为91.6%。结论 从平均误差率、准确率、敏感性、阳性预测率方面,所建立的形状阻力法均优于管径法和体积法,形状阻力法计算的FFRCT与临床实测FFR具有良好的一致性,为FFRCT的计算和应用提供一种新方法。

    • 一种体外贴壁细胞应变加载装置的研制

      2020, 35(5):568-573.

      摘要 (69) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 开发一套新型的应变加载装置,用于贴壁细胞力学生物学研究。方法 该装置基于基底形变加载技术,采用可控制编程器驱动步进器,引起硅橡胶小室变形,实现多单元大应变的细胞加载;研制该装置,检测机械性能;建立硅橡胶小室的三维模型,利用有限元技术对硅橡胶小室进行仿真,分析该小室的应变场均匀性问题;采用该装置对骨髓间充质干细胞(bone marrow stromal cells, BMSCs)加载5%机械应变,频率0~5 Hz,2 h/d,持续5 d,并在倒置显微镜下观察细胞形态的变化。结果 所研制的适用于体外细胞加载装置可对3组细胞加载基底实现最大至50%机械单向应变;在10%应变范围内,硅橡胶小室底部的均匀应变场面积占比保持在50%以上,保证了细胞受力均匀;BMSCs形态发生明显变化,排列方向趋于垂直主应变加载方向。结论 该装置运行可靠,应变范围宽,频率可调,操作方便,可同时对多组细胞培养基底进行应变加载,为细胞力学生物学研究提供了便利条件。

    • 微创电动吻合器的优化设计、功能分析与离体实验

      2020, 35(5):574-580.

      摘要 (125) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 开发一款新型电动吻合器,以解决现有产品转角不足、操作不便、难以掌握压榨强度等问题。方法 设计一款电动吻合器并加工出样机,利用三坐标影像仪搭建样机功能测试平台测量出样机的运动轨迹曲线,用拟合优度检验来评估理论曲线与测量曲线的一致程度;在前端不同弯曲角度下,吻合新鲜离体猪小肠组织,测试吻合口的吻钉成型率。结果 转弯运动与击发运动的测试曲线与理论曲线拟合优度检验理想,而压榨运动的测试曲线与理论曲线的拟合优度在转弯关节弯曲0°~30°时不理想,45°~60°时理想。性能实验中吻钉畸形率低于1.14%,表明弯曲角度对吻合效果无显著影响。结论 击发运动和转弯运动的运动学测量曲线与理论曲线一致,压榨运动曲线在不同弯曲角度时存在波动,但不影响吻合效果,电动吻合器的吻合效果符合临床要求。

    • 数值分析力矩比对尖牙平移移动的影响

      2020, 35(5):581-586.

      摘要 (61) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过有限元方法分析不同大小力矩比(M/F)和力对尖牙位移、牙周膜应力的影响。方法 根据临床CT图像构建三维下颌模型,应用只有矫治力和有不同M/F矫治力系统对尖牙进行平移移动的模拟计算。分析在每一种情况下尖牙的位移平移情况,并推导出最优的能实现尖牙平移的矫治力系统。结果 在所有计算中牙周膜应力均随力增大而增大。牙周膜应力则先随M/F增加而减小,达到一定值M/F=10.1 mm后(最优M/F)随M/F增加而增大。尖牙的初始位移都是倾斜移动,当采用精确的最优M/F时,尖牙的初始位移最接近平移移动。结论 尖牙移动需要适合的力值,防止牙根吸收,然而平移移动需要有最佳的M/F,且是必须在生理适合力范围内的M/F。了解力和力矩对牙齿平移的影响有助于施加更加合理的矫治力系和设计更加合理的正畸器械装置。

    • 基于躯干细化模型腰椎间盘突出症患者与健康人群在3种日常活动下的运动学差异

      2020, 35(5):587-594.

      摘要 (74) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 建立由不同腰椎节段和集成胸椎、骨盆构成的躯干细化模型,分析腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation,LDH)患者与健康人群在3种日常活动下的运动学差异,并与采用全腰节段的躯干简略模型作对比,探讨进行LDH患者运动学分析时采用躯干细化模型的必要性。方法 使用NDI运动捕捉系统采集15名健康男性和7名男性LDH患者在水平行走、躯干前屈、对侧拾物中各节段的运动角度,分别通过两种模型比较患者与健康人群的运动学差异。结果 水平行走过程中,LDH患者胸椎节段和骨盆旋转增加,全腰节段运动角度无明显变化,但L4~5节段旋转角度显著减小;躯干前屈过程中,LDH患者所有腰椎节段屈伸角度都不同程度地减小,L3~4节段屈伸角度与健康人群差异性较大;对侧拾物过程中矢状面上的表现与躯干前屈类似,但LDH患者L3~4节段和L4~5节段侧弯角度显著低于健康人群。结论 LDH患者在日常活动中主要限制了损伤腰椎节段的运动。在某些运动中,只有躯干细化模型才能发现损伤腰椎节段的异常运动。因此,在进行LDH患者运动学分析时,有必要将腰椎细分成5个独立节段。

    • 兔单椎轴向动态冲击的实验研究

      2020, 35(5):595-601.

      摘要 (59) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 通过对兔单椎进行动态冲击破坏试验,并与静态压缩实验进行对比,研究椎体轴向冲击的损伤机制。方法 通过落锤动态冲击实验装置,利用示波器和高速摄影获得力传感器的电压波形图和椎体冲击的详细过程。结果 胸、腰椎平均静态载荷分别为910、947 N,平均动态载荷分别为1 196、1 026 N;胸、腰椎平均动荷系数分别为1.37和1.08。静载条件下,胸、腰椎平均等效应力为15.28、12.51 MPa;动载条件下,胸、腰椎平均等效应力20.03、13.56 MPa。动态冲击过程中,纵向、横向平均应变分别为-0.3和-0.005(压缩);动载条件下,椎骨的破坏能量从0 J一直增大到4.4 J。结论 在动、静态实验条件下,同一椎体动态载荷大于静态载荷;胸椎平均动荷系数大于腰椎;胸椎应力大于腰椎;椎体受到轴向冲击力时纵向应变大于横向应变;椎体能量增长呈现先缓慢后快速的过程。研究结果可以为临床人脊柱椎体损伤的预防和康复提供指导意见。

    • 不同手术方法治疗老年股骨粗隆间骨折效果及其生物力学研究

      2020, 35(5):602-607.

      摘要 (82) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 分析股骨近端锁定钢板(locking proximal femoral plate,LPFP)和股骨近端抗旋髓内钉(proximal femoral nail anti-rotation,PFNA)内固定术治疗老年股骨粗隆间骨折的疗效及生物力学性能。方法 106例老年股骨粗隆间骨折患者随机分为LPFP治疗组53例和PFNA治疗组53例,于治疗干预后分别统计两组患者的手术时间、术中出血量、负重时间、骨折愈合时间及术后9个月Harris髋关节功能评分,统计两组患者术后并发症的发生率。取新鲜老年股骨标本10具制备老年股骨粗隆间骨折模型,并将其随机分为PFNA组和LPFP组各5具,于治疗干预后采用力学试验机进行轴向压缩实验、破坏载荷实验和扭转刚度实验,记录生物力学性能指标。结果 PFNA组平均手术时间、负重时间及骨折愈合时间均短于LPFP组(P<0.05),平均术中出血量少于LPFP组(P<0.05),平均Harris评分高于LPFP组(P<0.05)。PFNA组、LPFP组术后并发症总发生率分别为7.56%、18.87%,差异有统计学意义(P<0.05)。骨折模型治疗干预后,PFNA组平均轴向压缩、破坏载荷、扭转刚度均高于LPFP组(P<0.05)。结论 PFNA治疗老年股骨粗隆间骨折创伤小,其良好的生物力学性能可有效促进骨折愈合和髋关节功能的恢复,并显著减少髋内翻和螺钉松动与切割并发症的发生率。

    • 自主研制胸锁关节解剖锁定钢板的生物力学对比

      2020, 35(5):608-614.

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      摘要:目的 将自主研制的胸锁关节解剖锁定钢板与桡骨远端斜T型锁定钢板及胸锁钩钢板进行生物力学对比分析,观察其生物力学方面的特点及优势。方法 选择9具防腐、湿润成人尸体,其中男性6具,女性3具。完整取下胸锁关节标本造成胸锁关节全脱位模型。将9具标本模型的两侧胸锁关节随机编号并配对分组:A组(实验组,胸锁关节解剖锁定钢板)、B组(对照组1,桡骨远端斜T型锁定钢板)和C组(对照组2,胸锁钩钢板),每组6个胸锁关节。将所有标本两侧安置钢板后固定于万能力学试验机上,分别进行锁骨远端负载、锁骨远端扭转及胸骨柄部螺钉抗拔出3项生物力学实验。结果 锁骨远端负载实验:3组标本载荷量位移均呈线性关系,实验组的抗压缩形变性能强于两个对照组。锁骨远端扭转实验:扭角与扭矩之间均呈线性关系,实验组的抗扭转形变性能强于两个对照组。胸骨柄部螺钉抗拔出实验:A、B、C组胸骨柄部螺钉最大抗拔出力比较,差异有统计学意义(P<0.05)。实验组胸骨柄部螺钉抗拔出性能强于两个对照组。结论 自主研制胸锁关节解剖锁定钢板在抗压缩、抗扭转、胸骨柄部螺钉抗拔出等生物力学性能方面显著优于斜T型锁定钢板及胸锁钩钢板,能够为临床上治疗胸锁关节骨折脱位提供一款较为理想的内固定器械。

    • 基于表面肌电分析老年人负重跨障行走跌倒风险

      2020, 35(5):615-621.

      摘要 (109) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究老年人在手部不同负重分布条件下跨越障碍物时导致跌倒风险性增加的因素,并探讨预防老年人在负重跨障时跌倒的步态策略。方法 12名老年人和12名青年人(对照组)以日常行走步速在不同负重分布方式下进行跨越障碍物和无障碍物行走任务,采集股外侧肌、股直肌和股内侧肌双侧的表面肌电信号,进行平均肌电值分析对比,同时记录受试者跨越障碍时触碰障碍物的情况。结果 年龄、负重及跨障因素均对老年人下肢肌肉的活动水平产生显著影响。1 152次跨障试验中共发生9次触障事件。另外,老年人和青年人在完成负重和跨障任务时右股内侧肌的肌肉贡献量最大。结论 老年人在负重物均匀分布下利用腿部优势侧率先跨障的情况下跌倒的风险性最低。研究结果为系统评估老年人跌倒风险提供参考,对老年人针对性下肢运动锻炼或康复训练具有一定的指导意义。

    • 应用动态双平面成像技术研究在体肘关节主动屈伸运动特征

      2020, 35(5):622-628.

      摘要 (87) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探讨健康肘关节屈伸运动时关节的相对位移和旋转角度变化,为肘关节不稳以及严重肘关节损伤的治疗提供参考。方法 选取10名健康并且无上肢外伤史的受试者。应用动态双平面X线透视成像系统,测量右侧肘关节从旋后最大伸直位至旋后最大屈曲位运动过程中,肱桡与肱尺关节6自由度运动学数据。使用相关性分析评价肘关节不同自由度运动的耦合度。结果 从最大伸直位到最大屈曲位,肱尺关节外翻角从15.2°±3.1°降低到5.3°±2.3°,肱桡关节外翻角从19.7°±4.2°减小到8.2°±2.4°, 肱尺与肱桡关节外翻角与屈曲角呈线性相关;肱尺关节内外旋角先内旋后外旋,呈二次非线性相关,在屈曲110°时达到最大内旋值(4.0°±4.9°),后达到最大外旋值(5.1°±4.2°);肱桡关节一直呈内旋增大变化,从内旋3.2°±16.0°增加到内旋27.2°±18.0°。结论 在正常肘关节屈伸过程中,肱尺关节存在外翻角线性减小、内外旋角先内旋后外旋的非线性变化,肱桡关节存在外翻角线性减小、内旋角线性增大的变化。在屈伸过程中,肘关节并非单纯铰链关节,并且肱尺、肱桡关节存在运动学差异。临床上治疗复杂肘关节损伤、肘关节不稳以及肘关节置换手术时,应考虑关节间不同运动特征,以提高术后临床效果。

    • >综述
    • 肺高压相关肺循环血流动力学计算模拟研究进展

      2020, 35(5):629-635.

      摘要 (89) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:肺高压(pulmonary hypertension,PH)是由不同病因引起、以肺血管阻力和压力进行性升高为特点的一种致死性疾病,异常血流动力学在其发生发展中具有重要作用。计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)作为一种新方法 应用于临床研究中,可无创获取患者个体化病灶部位三维空间任一点的血流动力学指标,并可通过可视化技术将其呈现,逐渐成为一种可深入了解血流相关疾病进展的有力工具。对近年来CFD应用于肺高压相关肺循环血流动力学研究中涉及的数值模拟方法、边界条件、血液特性以及主要的血流动力学参数进行综合阐述。

    • 力学调控长链非编码RNA对间充质干细胞成骨分化作用的研究进展

      2020, 35(5):636-642.

      摘要 (91) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着第3代高通量测序技术和组织工程的发展,近年来研究发现,许多长链非编码RNA(long-chain non-coding RNAs,LncRNAs)在力学调节间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的成骨分化中起重要作用。力学因素调控相关的LncRNAs,然后LncRNAs通过转录、转录后以及表观遗传等多层次发挥调节作用,进一步调控骨相关细胞功能。LncRNAs也可能作为力学响应分子参与MSCs成骨分化、骨重建以及骨骼系统疾病的病理过程。

    • 腰椎旋转中心的研究进展及联合评估

      2020, 35(5):643-648.

      摘要 (60) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,随着社会发展增速,腰椎疾病的发病率逐年升高,其手术方式繁多,这种杂而多的治疗方式标志着手术经验的积累和医疗技术的发展,但同时又引发了新的问题——如何对腰椎疾病及其术后康复的程度进行评估,医生与患者对建立腰椎疾病术前检查及术后康复标准的量化指标有了迫切需求。现有研究表明,腰椎旋转中心(center of rotation, COR)的测定和人体表面肌电(surface electromyography, sEMG)检查在腰椎疾病治疗中能够在评价临床疗效时减少误差,应用价值较高。综述腰椎COR与腰椎病症的关系、腰椎COR及其sEMG联合指标对临床手术及术后康复的评估作用。

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