动物细胞培养用生物反应器及其力学环境

动物细胞体外培养时 ,生物反应器是整个培养过程的关键设备 ,为细胞提供一个适宜的生长环境 ,使之快速增殖并形成所需的生物组织制品。由于动物细胞在其形态结构、培养方法以及所需的力学环境等方面均不同于微生物细胞 ,因而传统的微生物反应器显然已不适用于动物细胞大规模培养 ,特别是组织工程的需要 ,促使新型生物反应器的研究与开发。本文针对动物细胞培养的基本特点 ,综述了动物细胞培养用生物反应器 。

无托槽隐形矫治技术生物力学效应的有限元法研究

目的初步构建无托槽隐形矫治技术的生物力学基础研究模型,分析该矫治体系的应力分布情况,为优化该技术的临床应用提供依据。方法基于CT扫描1例成人干颅标本的影像数据,运用Mimics及ABAQUS软件建立上颌牙列前牙段的无托槽矫治技术三维有限元模型,包括牙颌组织模型、无托槽矫治器模型以及两者的装配,采用非线性有限元法分析牙体牙周组织及矫治器本身的应力分布情况,并与传统固定矫治加载相比较。结果无托槽矫治器作用下,牙周组织瞬时应力约为固定矫治加载时的50～500倍;矫治牙互相影响,矫治牙的移动趋势与预先设计之间相比有差异,拟近远中向平移的尖牙表现为倾斜移动趋势;矫治器本身有应力集中现象,但是最大应力峰值小于材料的弹性极限53.1 MPa。结论无托槽矫治器作用下牙周瞬时应力很大,矫治器在正畸牙近远中移动过程中的三维控制能力有限,不能完全代替传统固定矫治器,建议临床上使用该技术时通过应用附件、改进矫治器材料力学性能等手段,来加强对正畸牙移动的控制。

微植体支抗-骨界面的生物力学研究及微植体颈部优化设计探讨

目的分析比较在正畸力载荷作用下,不同的微植体-骨界面的应力分布规律,为优化设计微植体的颈部构型提供依据。方法螺旋CT扫描一完整成人干颅,采用Mimics软件三维重建,再导入ABAQUS6.5有限元分析软件,建立了初始稳定态、完全骨结合以及纤维骨性固位三种不同微植体-骨界面状态下的三维有限元模型,施加大小为2N的相同载荷并计算分析三种界面的应力分布情况。在微植体颈台以下1.5mm范围内将其直径增粗0.2mm,再对比计算分析三种界面上微植体颈部构型改变前后的应力分布状态变化情况。结果在三种微植体-骨界面状态下,微植体周围的应力都主要集中分布在颈部,其中完全骨结合的微植体-骨界面应力分布水平最低。微植体颈部经优化设计后,三种微植体-骨界面状态的颈部应力分布水平都有较大幅度的降低。结论不同微植体-骨界面状态,以及微植体颈部(骨皮质部)直径均是影响微植体周围应力分布水平的重要因素。

个体化下肢小腿假肢接受腔设计的生物力学评价技术研究

作为传递体重、固定假肢的部件 ,接受腔对于小腿假肢使用的舒适性和方便程度有决定性的作用。本研究建立了基于有限元应力分析的小腿假肢生物力学评价技术平台 ,实现了小腿残端 /接受腔 3D几何建模与信息交互、三维有限元自动建模及应力分析。 3D模型与信息交互的实现基于得到广泛支持的OpenGL技术 ,有限元模型的构建采用了专门针对小腿残端 /接受腔结构特点的自动建模方法 ,通过构建档案数据库系统作为整个系统的操作平台。该技术平台可与现有的CAD/CAM系统相结合 ,为接受腔的个体化设计提供生物力学定量化依据。其临床应用将改善传统的设计流程 ,提高设计效率。同时 ,它也是未来构建接受腔设计专家 /智能系统的基础。

腕管综合征及其生物力学研究进展

腕管综合征(carpal tunnel syndrome，CTS)是腕部正中神经受到卡压而引起的一种神经病症。它所带来的高昂的社会和经济花费使得腕管综合征的研究应运而生，并且在过去的10年里得到突飞猛进的发展。常规的手术方式是将腕横韧带(transverse carpal ligament)切开，以释放正中神经(median nerve)所受到的压力。本文不仅对腕管的解剖结构、腕管综合征的症状和发病机理、以及诊断和治疗等方面作了简要概述，还主要从以下几个方面探讨了近年来与腕管综合征相关的生物力学研究工作及其进展：(1)影响腕管内压力的因素，包括腕部姿势，手指、肌腱或手掌所受外荷载的大小，以及手工劳作的不同频率等；(2)腕管结构的稳定性研究，如切开腕横韧带或腕骨间掌横韧带对腕刚度的影响，以及从动力学角度分析腕管减压手术会导致的腕骨失稳现象；(3)腕管内容物(如肌腱、正中神经)的运动及内容物之间以及腕管内容物与腕横韧带之间的相互作用；(4)腕横韧带的延展实验，如利用外荷载或移位搭接的方法拉长腕横韧带，以达到降低腕管内压力的目的。本文旨在加强人们对腕管综合征尤其是对与腕管综合征相关的生物力学研究进展的了解，并从生物力学的观点提出利用有限元方法对腕管结构进行三维建模与分析将有可能成为腕管综合征进一步研究的一个重要发展方向。

山羊下颌骨牵张成骨的生物力学研究

目的:探讨下颌骨牵张成骨进程中骨段间张力强度的变化特征。方法:8只山羊右下颌骨行骨皮质切开术并牵张后,对牵张期的每个工作日内的牵张前骨段间张力值、牵张时张力值和牵张后张力值进行测量分析,同时对固定期内的骨段间张力也进行了测量分析。结果:牵张期内骨段间张力值逐日显著增高,牵张期结束时达到峰值;固定期内张力值逐周显著下降,至骨皮质切开术9周后与施加牵张力前正常状态时骨段间张力值无显著性差异。结论:下颌骨牵张成骨进程中骨段间延长区组织所承受的张力值表现为先上升后下降的走势,这可能与骨周组织的适应性增长和新骨强度的逐渐增高有关。

剪切力环境下内皮细胞力学研究的形态学指标

剪切力对内皮细胞的形态结构、生长和功能都有重要影响。形态上的变化是内皮细胞对力学环境的最直观的反应 ,它是细胞功能变化的外在表现。我们讨论了剪切力环境下内皮细胞形态学的研究中常用的形态学指标 ,探讨了内皮细胞形态学分析的难点和今后的发展方向。

下颌全牙列-直丝弓矫治器的生物力学建模

目的建立下颌全牙列-直丝弓矫治器的生物力学模型,分析其在滑动法关闭间隙的载荷作用下牙根及牙周组织的应力和位移分布。方法根据志愿者颌面部CT扫描图像建立下颌骨(皮质骨和松质骨)和全牙列(牙釉质、牙本质、牙髓、牙周膜)的模型,并以Roth托槽的实际数据建立一套托槽模型,与牙齿间的空隙用粘结剂来填充;弓丝和每个托槽都考虑接触,并使用弹簧元连接托槽和弓丝,模拟扎丝的作用,施加滑动法关闭间隙的载荷。结果切牙出现牙冠向舌侧、牙根向唇侧的转矩移动,其牙周组织和牙根的应力较高,特别是中切牙,其牙周膜的最大应力为3.97 kPa;第1磨牙远中根也出现应力集中,牙周膜的最大应力达到5.75 kPa。结论为了避免切牙的牙根吸收,可考虑增加前牙托槽的转矩;第1磨牙远中根也容易发生牙根吸收,建议适当降低正畸力值或采用微植体作为支抗。

内骨架一体化小腿假肢的生物力学研究

一体化假肢是以聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢 ,它比传统型假肢更经济、美观、轻便 ,具有较大的应用前景。目前的相关研究主要集中在设计与制作及少量的临床研究方面。由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异 ,有必要对其进行应力分析。本研究的目的是开展内骨架一体化假肢的生物力学研究 ,本研究基于内骨架一体化小腿假肢的真实几何构型 ,建立三维有限元模型 ,计算该模型在模拟HeelOff步态时相的载荷作用下的应力分布 ;在保持该模型的几何形状不变的情况下 ,建立了三个不同壁面厚度的一体化小腿假肢的有限元模型 ,分析壁面厚度对一体化小腿假肢应力分布的影响 ;通过分别赋予模型四种不同高分子聚合物的材料力学特性值 ,分析不同材料的一体化假肢的应力分布特点 ;分别对模型施加与正常步态的五个典型时相对应的载荷 ,分析一体化小腿假肢在各步态时相的应力分布特点。本研究结果对一体化假肢设计有指导价值。

兔眼LASIK术后的生物力学研究

目的用准分子激光对兔眼角膜进行切削,改变角膜的厚度。研究在离体状态下兔眼角膜生物力学特性在不同厚度与眼压状态下的变化。方法健康新西兰大白兔15只30眼。分3组,1组:正常组,未切削眼;2组:切削原角膜厚度的1/3;3组:切削原角膜厚度的1/2。自制夹具固定角膜,通过连通器对角膜内表面加压。每个压力状态下三维激光扫描仪扫描。分析在不同压力状态下不同角膜厚度时角膜前凸的变化。实验数据用SPSS13.0统计软件进行方差分析。结果各眼压与初始眼压状态下角膜凸出度的差值dx-1(0x=20～80)转化成logd1,3组比较:3组与1组和2组差异均有统计学意义(P<0.05)。1组和2组差异无统计学意义(P>0.05)。相邻眼压的角膜凸出度的差值d(x+10)-x(x=10～70)转化成logd2,3组比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论术后角膜的前凸与生物力学改变有关。为了确保屈光手术的安全性和稳定性,剩余角膜基质床厚度不应小于原始角膜厚度的1/2,同时眼压应维持在正常范围的低限。

一体化假肢与传统假肢生物力学模型的比较

目的:应用有限元方法分析一体化假肢与传统假肢的应力分布特点,探讨一体化假肢的应力缓冲作用。方法:基于针对同一膝下截肢者设计的一体化假肢和传统假肢的真实几何构形,分别建立三维有限元模型,同时考虑残肢和接受腔之间的接触作用,选用摩擦系数为0.5。施加HeelOff步态时相的载荷,比较分析一体化假肢和传统假肢模型的应力分布。结果:①一体化假肢和传统假肢模型中,接受腔的应力分布基本一致,各区域的应力值也较为接近。接受腔和假腿的过渡区域都为高应力区;两个模型在此区域的应力值则差异较大,一体化假肢的最大应力分别为16.1MPa和17.8MPa,而传统假肢则达到23.7MPa和28.6MPa,传统假肢的应力分别高于一体化假肢47.2%和60.7%。高应力区的面积也呈现出传统假肢明显大于一体化假肢的现象,传统假肢的高应力区从前端和后端一直延伸到外侧面。②两个模型软组织表面的应力分布规律基本一致,最大正应力和最大剪应力都出现在正面末端。传统假肢模型中残肢表面的最大正应力和最大剪应力分别为581.2kPa和178.7kPa,一体化假肢模型中残肢表面的最大正应力和最大剪应力分别为416.8kPa和118.3kPa。结论:一体化假肢的外形美观,且价格低廉,轻便,易于截肢者接受。一体化假肢在接受腔和假腿的过渡区域产生较为明显的应力缓冲作用,也降低了残肢表面的应力,生物力学性能明显优于传统假肢,将成为未来假肢发展的一个重要方向。

新型翼状颈椎间融合器植入颈椎即刻稳定性的生物力学评价

用三维有限元法测试自行设计的翼状颈椎间融合器(ACIFC)的生物力学性能,探讨其用于颈椎椎间前路融合的可行性。在有限元分析软件ABAQUS中模拟植入ACIFC的颈椎前路椎体融合术,进行术后即刻稳定性的生物力学分析。计算出活动度(ROM),分析其力学性能,并与相关实验数据进行了比较性分析。椎间融合器植入后,颈椎活动度下降了25%,与植入前有显著性差异(P<0.05)。同时,ACIFC有较好的抗拔出性能和具备较好的植骨融合环境。可以证实ACIFC能为颈椎椎间融合提供足够的初始生物力学稳定性。

下肢截肢残端肌肉萎缩的生物力学研究进展

下肢截肢后残端的肌肉萎缩现象一直是困扰截肢患者临床康复和运动能力恢复的重要因素。了解其发生发展机理将对截肢手术、训练恢复方式和假肢设计的改进等具有重要意义,这也是目前假肢康复领域非常关注的问题之一。为此,本文围绕肌肉萎缩研究手段和模型、残端力学特征、微观病理特征、以及预防策略等方面,对近年来这一领域的研究进行了综述。残端特殊的生理和力学环境对于肌细胞生长以及肌肉蛋白合成分解代谢动态平衡的影响还有待深入研究和完善,导致残端肌肉萎缩的根本原因还有待进一步证实。

法医生物力学研究进展

法医生物力学 (Forensic biom echanics)主要是应用生物力学的理论和技术 ,研究并解决司法鉴定实践中涉及数理力学问题的证据科学 ,属于生物学与法医学结合的一门新兴边缘交叉学科。从生物力学角度 ,可视为现代生物力学的重要分支之一 ;从法医学角度 ,则为法医学的重要分支 ,可谓法医损伤学极具发展潜力的内容之一。本文对法医生物力学专家举证的任务 ,法医生物力学专家鉴定的程序 。

骨质疏松椎弓根螺钉治疗的生物力学进展

随着全球人口老龄化程度日益加剧,骨质疏松症已成为严重威胁社会公共卫生的疾病之一。骨质疏松性椎体压缩骨折是骨质疏松症最常见的并发症。椎弓根螺钉内固定是最常用的骨折固定技术。但骨质疏松骨由于其力学性能发生改变,常规使用的椎弓根螺钉固定无法提供疏松骨所需的稳定性。因此,如何有效地提高骨质疏松条件下椎弓根螺钉的稳定性,是骨质疏松骨折固定方面待解决的首要问题。为了解决该问题,本研究总结了近五年新型骨质疏松椎弓根螺钉的生物力学性能的文献。得出通过改变螺钉轨迹、改用膨胀螺钉、增大插入深度、添加骨水泥等方法可增强椎弓根螺钉固定的稳定性,并在生物相容性材料增强椎弓根螺钉力学性能方面进行展望。

基于表面肌电信号的老年肌少症患者下肢生物力学研究

目对利用表面肌电技术(sEMG)研究老年肌少症患者下肢肌肉的生物力学特性和机理。方法召集四川大学华西医院老年医学中心老年科中的10名老年人,其中肌少症患者5名,将他们按性别分开。采集男女性老年人进行站立、坐下、起立以及步行时的下肢右小腿主要肌肉的表面肌电信号,并对信号的频域指标进行统计分析。

离体培养细胞的力学实验方法

细胞力学是组织工程和细胞工程的基础之一 ,在细胞离体培养过程中对细胞施加不同的机械力以研究应力对细胞的影响是细胞力学的一个重要研究领域 ,也是细胞力学的重要研究手段。本文综述了离体培养细胞的力学实验方法 ,根据不同的载荷施加方式可分为 :微吸管吸吮技术、压力载荷法、基底拉伸法和流体剪切法等 。

剪切力环境下的血管平滑肌细胞图像分割技术研究(英文)

定量分析血管平滑肌细胞VSMCs(Vascular Smooth Muscle Cells)在剪切力作用下的形态变化有助于理解VSMCs的生长机制以及病理学研究.图像分割在图像分析中扮演着重要角色,但同时也是图像处理流程中最困难的步骤.针对培养在平板流室中的VSMCs相互交叠的细胞图像,作者首先分析了这类细胞图像的特征,随后提出了一种具有四个步骤的图像分割方法,分别是图像预处理、照明校正、数学形态学重建和分水岭转换.实验结果证明,按照这种方法分割细胞图像,取得了较好的效果.

生物医学工程专业测控技术实验教学平台

针对本实验室生物医学工程专业硕士研究生来源广泛(含力学、电子、材料、医学、机械等专业)的特点,为完成测控理论和技术学习,构建了测控技术实验教学研究平台,平台既能进行各专业课程的教学实验,又能进行专业知识的综合应用与研究。文中介绍了平台的组成,平台在实验教学中的具体应用以及取得的教学效果。