案例教学法在有限元分析课程的探索与实践

目的有限元分析课程是一门理论和实践并重的课程,旨在提高学生的实操能力和解决问题的能力。医学相关专业学生的数理基础相对薄弱,为此,教研组将案例教学法引入有限元分析课程的教学,以提高教学效果。方法教研组结合教学大纲、学生的专业特点及作者的科研工作积累,建立了5个与医学问题相关的有限元分析教学案例、1个细胞生物力学教学案例及1个流固耦合教学案例,配备了包括几何模型建立、力学特性设置、载荷及边界条件的施加、结果分析等内容的分析流程及操作视频。然后,教研组将教学案例引入有限元分析课堂,教师组织学生对分析流程中的参数设置等进行讨论,并对案例进行总结。结果通过学生对自拟题目的有限元分析展示检验教学效果,结果表明学生能独立完成问题的有限元分析,可以对参数进行合理设置,并对结果进行查看和正确解读。结论有限元案例教学的实施,提高了学生的相关软件操作技能,加深了对有限元方法理论和参数设置的理解,使学生基本具备了通过有限元方法解决医学问题的能力,为后期的科研和临床工作奠定了一定的基础。

生物力学课程实验的思政元素挖掘与教学实践

在思想政治工作贯穿教育教学全过程的背景下,结合生物力学实验课的课程特点,围绕实验课的多个教学环节,深度挖掘其中蕴含的思想政治元素,通过多种形式将思政元素融入生物力学课程的实验教学。教学实践结果表明思政元素在生物力学课程实验的融入,提高了学生的学习兴趣,在培养他们爱国、专业自信、尊重生命及严谨求实的科研作风等方面均起到了促进作用。

亚低温治疗脑卒中及颅脑损伤研究进展

亚低温治疗作为一种脑保护方法已应用在脑卒中和颅脑损伤的治疗中。本文综述了亚低温治疗可能的脑保护机制、亚低温治疗的技术以及在今后的研究与临床应用中需关注的几个关键问题。亚低温治疗的脑保护作用已获得肯定,对亚低温的并发症、实施治疗的时间窗和温度窗、维持低温的时间及复温速率等方面,仍需更进一步的研究和探讨。

科研反哺教学在生物力学实验教学中的探索与实践

目的 生物医学工程专业生物力学课程具有学科交叉性和前沿性等特点。然而目前该课程实验教学仍存在许多问题,例如:实验工具高度封装化,学生和教师都难以理解其具体的构造和原理;实验设计中教学与教师的科研方向偏离较远。以上问题极大地限制了学生们的创造力和动手能力,同时也制约了生物力学课程中对学生创新思维和学科交叉意识的培养功能。因此,生物力学课程的实验教学中急需针对以上问题进行改革。方法 本文基于对首都医科大学“生物力学A”课程实验教学的实践,提出了用科研反哺教学的方式改进生物力学课程的实验教学。具体而言,在传统生物力学实验课程内容的基础上,新增了两项由教师科研成果转化的实验内容,学生在实验课上能基于教师的科研前沿成果,理解和搭建生物力学测量装置,并用其进行生物力学参数的测量。结果 根据课后的反馈信息,科研反哺教学的改革思路不仅加深了学生对生物力学知识点的理解,提高了学生对生物力学课程的兴趣,锻炼了动手能力,还使学生对科学研究有了初步认识。结论 科研反哺教学的课程改革思路在首都医科大学“生物力学A”课程实验教学中的实践取得了良好效果,解决了目前生物力学实验课程中存在的普遍问题。该方式可为未来生物力学课程实验教学的改革提供参考。

口腔医学专业教学中融入工科思维的探索

口腔医学专业学生不仅要有丰富的临床知识,也需要具备必要的工科思维,达到新医科体系建设需求,实现真正的医工融通。本文以首都医科大学长学制口腔医学专业学生为例,结合口腔生物力学课程教学实践,探讨如何将工科思维融入课堂,达到培养高水平医工融合人才的需求。

正畸弹性结扎圈拉伸力学性能的体外和体内研究

目的 探究不同品牌弹性结扎圈的拉伸力学性能的变化特点,为临床医生在治疗不同阶段选择合适的弹性结扎圈和调整相应复诊时间提供参考。方法 选择市场及临床上常用的9种品牌的弹性结扎圈,经过真实口腔环境、37℃人工唾液和室温干燥条件分别处理4周和6周后,观察不同品牌弹性结扎圈拉伸强度,拉伸长度和韧性的变化。采用单因素方差分析和配对样本t检验对结果进行统计学分析(P <0.05)。结果 弹性结扎圈的拉伸强度和韧性在经过体内和体外环境处理4周和6周后均有所下降。相同处理时间下,拉伸强度在体内环境下的衰减快于体外环境,37℃人工唾液环境下的衰减快于室温干燥条件。不同品牌弹性结扎圈的拉伸长度变化并未呈现出明显的共同趋势。结论 本研究检测的9种弹性结扎圈的拉伸力学性能特点有差异。临床医生应根据其不同的拉伸力学性能特点灵活运用,根据不同的治疗目的,在不同的治疗阶段选择最合适的弹性结扎圈,以达到最佳的正畸矫治效果。

在体兔眼压强-体积关系的实验研究

目的获得在体兔眼眼内压与眼球体积变化的关系。方法通过对在体兔眼前房以20μL/min的速度注入生理盐水100 min,记录眼内压随注水时间的变化数据。结果眼内压随注水时间的曲线呈非线性变化,可用分段函数拟合。曲线的上升段存在一特殊点(定义为拐点),此点前后的眼球刚度系数分别为(4.02±0.86)mmH2O/μL和(2.43±0.94)mmH2O/μL(1 mmH2O=9.8 Pa),有显著性差异。结论拐点的存在具有普遍性,注水速度和拐点位置均对眼球刚度系数有影响。眼内压随注水时间的拟合函数中部分拟和参数具有较明确的生理意义。

利用连通器原理设计体内加压及眼球体积监测装置观测兔眼球蠕变特性

利用连通器原理,自行设计加压装置,对兔眼前房施加4.9kPa高压;加压过程中,通过读取生理盐水与水银界面的刻度,确定特定时刻体内兔眼眼球整体体积的变化,进而得出4.9kPa高压作用下,眼球体积随时间的变化情况。实验得出了4例样本眼球体积变化随加压时间变化的趋势。结果表明,在此高压作用下,体内兔眼眼球整体体积变化范围为843～1063μL,当加压时间持续308～463min后,眼球体积基本不发生变化。实验结果对急性高眼压模型造模时间标准等相关研究起到了提示作用。

在体兔眼虹膜材料模型的确定

目的:确定适合表征在体虹膜力学行为的材料模型。方法:基于在体动物实验,建立眼前节有限元模型。假设虹膜材料分别为线弹性模型、Neo-Hookean模型和二阶Ogden模型,参考相应文献,设定材料参数范围,计算对应的虹膜特征点位移。基于在体实验的测量结果,利用目标函数,比较不同模型间的差异。结果:二阶Ogden模型对应的目标函数的最小值和平均值均最小,Neo-Hookean模型次之,线弹性模型的最大。结论:3种模型相比,二阶Ogden模型最适合用于描述在体虹膜的力学行为。

基于小动物超声影像系统的高眼压下在体兔眼虹膜形态变化研究

目的:借助小动物超声影像系统,研究高眼压下在体兔眼虹膜形态随眼内压的变化规律。方法:选用8只体重为2.5～3.0 kg成年新西兰白兔,利用前房穿刺术,对在体兔眼进行快速灌注,形成反向瞳孔阻滞,小动物超声影像系统记录眼前节形态图像,传感器同步记录前房眼内压。对图像和数据进行处理,获得在体虹膜形态随眼内压的变化规律。结果:兔眼内压低于60 mmHg时,虹膜前凸量、晶体-虹膜接触距离和前房深度与眼内压呈线性关系,对应的斜率(K)值分别为(-3.30±1.50)μm/mmHg、(11.40±6.60)μm/mmHg和(0.12±0.02)%/mmHg。兔眼内压高于97.37mmHg、87.04 mmHg和84.25 mmHg时,前房深度、晶体-虹膜接触距离和虹膜前突量分别稳定于-0.35 mm、0.90mm和7.78%。结论:人为高眼压伴随反向瞳孔阻滞的形成使在体兔眼虹膜形态发生明显变化,小动物超声影像系统为研究高眼压下在体兔眼虹膜的形态变化提供手段。

高眼压动物模型的造模时间

tbb U y0111背景:急性高眼压动物模型为研究青光眼提供了简单有效的途径,模型成功与否直接影响研究结果,目前对造模成功的判据多为观察性指标。目的:为前房穿刺所致的急性高眼压动物模型提供准确、可行的造模成功判定方法,观察特定高眼压下急性高眼压动物模型的成模时间。方法:利用连通器原理,将加压装置与内充2 mm水银球的玻璃管相连,通过读取水银球的流动,计算眼内液体流入量。采用前房灌注法,成功建立10只兔眼眼内压为4.9 kPa的急性高眼压动物模型,监测眼内液体流入量随造模时间的变化至液体不再流动30 min后结束实验。拟合眼内压液体流入量随造模时间的变化规律,计算急性高眼压动物模型造模成功的时间。结果与结论:兔眼眼球进水量(y)与加压时间(t)呈Logistic变化规律,即,其中参数U,b0和b1分别为957.44±313.22,0.023±0.008和0.980±0.003。当注水时间达到(282.93±42.68)min后,眼内压等于外界施加的高压,兔急性高眼压模型造模成功。

整体膨胀教学实验平台的设计

整体膨胀实验是获得具有特定形状软组织力学特性的重要研究方法,该方法有助于培养学生的动手能力和独立思考能力,该实验很少应用于在相关的学生实验和实践工作中,因此,本文旨在设计用于生物力学实验和实践教学的整体膨胀实验平台,以满足相关教学需要。

短节段椎弓根螺钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折的生物力学检测

背景:为避免单纯椎弓根螺钉置入内固定治疗胸腰段骨折出现的内固定物松动、断裂,及合并植骨时出现的骨折不愈合、后凸畸形丢失,而发展的短节段椎弓根螺钉合并椎体成形技术治疗胸腰段骨折,临床已有应用,但其生物力学方面鲜有研究。目的:观察应用椎弓根螺钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折的生物力学变化。方法:12个冻存的新鲜胸腰段脊椎(T12～L2)标本,用于制备胸腰椎骨折模型,备测试。分为3组,经皮椎体成形术组:给予经单侧椎弓根注入低黏度的含对比剂骨水泥5～7mL;椎弓根螺钉内固定组:于T12、L2椎弓根置入螺钉;强化组:行椎弓根螺钉内固定的同时行伤椎骨水泥椎体成形术,测试各组静态最大抗压强度及刚度。结果与结论:骨水泥分布面积皆大于50%,经皮椎体成形术组和椎弓根螺钉内固定组最大静态抗压强度与刚度均小于强化组最大强度和刚度(P<0.05)。椎弓根螺钉内固定组椎弓根螺钉较小强度下出现弯曲,而强化组在达到极性轴向压缩强度时才出现弯曲。提示应用短节段椎弓根钉置入内固定椎体成形治疗胸腰椎骨折提高了固定的强度及刚度,并且维持了复位伤椎高度,提高了稳定性,减少了椎弓根螺钉的并发症。

脊柱椎弓根螺钉应用的生物力学特征

背景:椎弓根螺钉内固定经过不断的发展和完善,生物力学理论在脊柱内固定器方面也有了很大进展。目的:对脊柱椎弓根螺钉应用的生物力学研究进行综述。方法:应用计算机检索1986-01/2010-10CNKI和Pubmed数据库,在标题和摘要中以"椎弓根螺钉,生物力学"或"Pedicle Screw,Biomechanics"为检索词进行检索。选择文章内容与椎弓根螺钉的生物力学有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。最终入选49篇文献进行综述。结果与结论:在椎弓根螺钉的发展过程中,生物力学不仅为内固定的研制提供理论基础,也是测试和评价新设计内固定器效果的最终依据和标准。文章结果显示椎弓根螺钉植入点、植入方向、螺钉大小、螺钉形状、螺钉材料对脊柱生物力学均有一定影响。

兔眼角膜生物力学特性的年龄相关性

目的利用兔眼角膜条的单轴拉伸实验数据，研究角膜生物力学特性与年龄的相关性。方法分别取3月龄和7—8月龄兔眼角膜条，实施单轴拉伸实验，获得实验数据；用指数模型和幂模型对应力-应变数据进行分析；用黏弹性力学模型对应力松弛数据进行分析。结果兔眼角膜条呈现非线性黏弹性特征。在实验误差允许的范围内，不同月龄兔眼角膜条的非线性应力-应变关系差别不明显，7～8月龄兔眼角膜的切线模量略偏大，但其应力衰减得明显快。不同的拉伸速率对3月龄兔眼角膜条非线性应力-应变关系的影响不明显，但快速拉伸后的角膜条应力衰减明显变快。结论兔眼角膜随月龄增加会轻微变硬，而角膜的松弛特性随月龄变化明显。

不同厚度热压膜材料厚度稳定性的研究

目的测量并比较不同厚度的热压膜材料在不同处理方式下厚度变化的趋势,为临床选用适宜厚度的热压膜材料制作无托槽隐形矫治器提供一定的参考。方法选用厚度为1.0、0.75、0.5mm的Biolon膜片,应用电子游标卡尺测量并比较3种厚度的热压膜材料在未处理时,热成形后以及人工唾液浸泡2周后的厚度。所得数据应用SPSS10.0软件包进行两个独立样本的秩和检验。比较不同处理方式对材料厚度变化的影响以及处理方式对材料厚度的影响与材料初始厚度的关系。结果3种厚度的材料经过热成形处理后,厚度变薄。其中Biolon0.75mm的膜片厚度平均减少了0.14mm、Biolon 1.0mm的膜片厚度平均减少了0.22mm、Biolon 0.5mm的膜片厚度平均减少了0.14mm。经过人工唾液浸泡2周后,厚度与热成形后相比变厚。其中Biolon 0.75mm的膜片厚度平均增加了0.02mm、Biolon 1.0mm的膜片厚度平均增加了0.03mm、Biolon 0.5mm的膜片厚度平均增加了0.02mm。结论不同的处理方式对材料厚度的影响不同,其影响的效果与材料最初的厚度有关系。通过以上研究可以看出,Biolon 0.75mm膜片在厚度的稳定性上似乎比同种品牌中其他厚度的膜片具有一定的优势。

兔眼虹膜组织力学特性的实验研究

利用我们创建的将兔眼瞳孔水密缝合后,模拟眼内前后房压强差,对虹膜整体进行加压的实验方法,对兔眼虹膜的力学特性进行了实验研究。结果表明:兔眼虹膜是典型的粘弹性物质;面积模量与前后方压强差之间基本成线性关系。实验结果可为青光眼致盲机制解释和瞳孔阻滞力的估算提供参考。

虹膜组织力学特性研究的实验方法探索

创建了将眼瞳孔水密缝合后,在不破坏其正常功能作用的几何形态条件下,模拟眼内前后房压强差,对虹膜整体进行加压的实验方法。首次使眼虹膜整体力学特性的认识成为可能。本方法的实验结果将另文报道。

虹膜组织力学特性的实验研究

目的 模拟眼内前后房压强差 ,对人眼和兔眼虹膜整体加压 ,研究其力学特性。方法 将瞳孔水密缝合 ,不破坏其几何形态 ,对虹膜整体加压。结果 首次实现了对虹膜整体力学特性的认识 ,人眼和兔眼虹膜力学特性相似 ,虹膜是典型的粘弹性物质 ,面积模量与前后房压强差之间基本呈线性关系 ,并且在相同的前后房压强差下人眼虹膜的面积模量比兔眼虹模的略小。结论 实验结果可为青光眼致盲机理解释和瞳孔阻滞力的估算提供参考 ;同时 ,经适当修正后 ,兔虹膜可作为人虹膜力学特性的研究样本 ,大大降低研究成本。

三维有限元模型力学分析可预测视乳头的形状变化

背景:视乳头形状变化的准确测量及预测是青光眼的早期诊断及病程预测的关键,因此高眼压下视乳头形状的测量与分析具有重要意义。目的:建立视乳头三维有限元模型,并分析急性高眼压下视乳头形状及视网膜厚度的变化。方法:利用前房灌注的方法建立急性高眼压动物模型,利用光相干断层扫描仪获得猫在正常眼压及5 320,7 980,10 640,13 300,15 960 Pa眼压时的断层图片,测量视网膜特征点处厚度的变化;基于正常眼压猫眼视乳头的断层数据,利用MIMICS软件获得视网膜及脉络膜的三维结构,并进行组装获得视乳头三维模型;利用有限元软件ABAQUS分析高眼压状态下视乳头的形状变化及视网膜厚度变化,并与实验测试结果进行比较。结果与结论:随着眼压的升高,发现视网膜厚度逐渐变薄,视乳头深度及视乳头宽度均逐渐增加,视乳头宽度与深度的比值也逐渐增加。提示急性高眼压导致视网膜变薄,视乳头宽度增大,视乳头深度增大。结果证明,利用光学相干断层扫描仪进行活体视乳头建模和分析是可行的,力学分析可预测视乳头的形状变化,对进一步确定青光眼的病理进程有一定的指导意义。