复杂地质体三维数值模型构建研究

对于复杂地质体三维数值模型构建困难的问题,基于AutoCAD、SURPAC、ANSYS、FLAC^(3D)等软件进行了建模。首先利用工程地形地质图,在AutoCAD中进行地形等高线处理,以获得地表等高线;其次,利用钻孔柱状图等原始资料通过SURPAC构建钻孔模型,生成不同岩层数字地面模型(DTM),同时利用地表等高线生成地表DTM;再次,建立有规律的钻孔网格点模型,利用钻孔与DTM相交获得相交网格点坐标,在ANSYS中导入网格点坐标,建立有限元网格模型;最后通过接口程序将其导入FLAC^(3D),建立了三维数值模型。以山西朔州某煤矿为工程实例,利用该方法构建三维数值模型,并对其进行了煤层开采后地表位移数值模拟,为复杂地质体三维数值模型的构建提供了借鉴。

基于生物3D打印技术的芍药苷-海藻酸钠-明胶皮肤支架体外生物相容性研究

目的 探讨采用生物3D打印技术制备的芍药苷-海藻酸钠(SA)-明胶皮肤支架的体外生物相容性.方法 通过生物3D打印技术制备质量百分比分别为0、1、3、5、10%的芍药苷-SA-明胶皮肤支架.采用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形态结构,高效液相色谱仪检测芍药苷累积释放浓度.将大鼠皮肤成纤维细胞与其共培养3 d,行Live/Dead染色,观察支架表面细胞存活和生长状态,检测1、2、3 d时细胞增殖、羟脯氨酸和白细胞介素(IL)-6表达水平.结果 SEM显示5组皮肤支架均呈多孔网状立体结构,孔隙均匀.3%组皮肤支架表面较其他4组光滑.药物累积释放量随着时间延长逐渐增加,10%皮肤支架组在各时点的释放均高于其他4组.Live/Dead染色显示细胞在5组皮肤支架表面均能较好地黏附,生长良好,SEM显示3%组皮肤支架活细胞数多于其他4组.3%组皮肤支架的细胞增殖率、羟脯氨酸分泌水平显著高于其他4组(均P<0.05),IL-6表达水平显著低于0和1%组(P<0.01),但高于10%组(P<0.01).结论 3%芍药苷-SA-明胶皮肤支架实现了生物效应与细胞毒性的平衡,具有良好的生物相容性和胶原蛋白分泌效应,可有效抑制炎症反应发生,有望为糖尿病足溃疡创面修复提供一种可降解的生物皮肤支架.

肿瘤体外3D模型的研究进展

肿瘤模型是肿瘤研究和抗癌治疗药物筛选所必需的方法。破译肿瘤发生发展过程的机制需要精确的模型才能满足其复杂性。随着科学技术的发展,肿瘤体外3D模型的构建取得了突破,使我们能更好地研究肿瘤。本文就3D模型在肿瘤研究中的优越性、构建方法及最新的研究进展做一综述。

3D打印体外建模辅助微创治疗复杂骨盆骨折

目的探讨3D打印体外建模辅助微创治疗复杂骨盆骨折的临床疗效。方法选择2016年4月至2017年6月采用3D打印体外建模辅助治疗的18例复杂骨盆骨折病例,记录手术时间及术中出血量,术后通过X射线片、CT及Matta评分标准评估骨折复位情况,通过Majeed功能评分评估功能恢复情况。结果手术时间80～160 min,平均(120±23.1) min;术中出血量75～160 m L,平均(113.6±29.1) m L;切口长度7～14 cm,平均(9.3±1.8) cm。18例患者均获随访12～24个月,平均15.8个月。根据Matta评分标准,骨折复位:优12例,良4例,可2例,优良率88.9%。术后6个月使用Majeed评分标准评定功能恢复情况,结果显示:优13例,良4例,可1例,优良率94.4%。所有患者随访期间无内固定松动、断裂等并发症发生。结论采用3D打印体外建模辅助治疗复杂骨盆骨折可使手术操作更加精准及微创,减少并发症的发生,有利于患者术后康复。

基于SQL Server平台复杂地质体FLAC^(3D)模型的构建

由于FLAC3D软件建立复杂三维地质体模型难度大、易出错,提出一种新的建模方法,即提取三维地质体建模数据并进行编辑成相应的表,把表导入SQL Server软件中,通过SQL查询语言生成FLAC3D可直接读取模型数据文件,从而实现在FLAC3D软件中准确、快速和自动化建立复杂三维地质模型的目的.通过云南某矿山的三维建模实例检验了该方法的可行性和高效性.结果表明:该方法在FLAC3D中建立复杂地质体模型具有一定的参考价值.

GeoSOT-3D椭球体剖分真三维数据表达

随着地球观测技术和信息技术的进步,以全球为背景的科学探索不断增多,不仅是地球表面信息,地下、水下、空中等地球上各个层次的空间信息都受到极大的关注。地球球体剖分网格可以构建真三维的数据模型,进而实现空天地、地下水下一体化的空间数据组织、管理、表达与应用。本文详细论述了GeoSOT-3D椭球体剖分网格的剖分空间框架、剖分编码与剖分尺度特性等理论体系。建立基于GeoSOT-3D的空间对象的真三维表达模型。利用该真三维模型实现了地球椭球体的地上地下可视化,点线面体等空间实体的可视化。研究表明,GeoSOT-3D椭球体剖分具有椭球剖分框架简单、体系完整、二三维一致等特点,因而在该框架下的真三维数据模型可用于下一代地理信息系统中的空间大数据的组织管理与表达。

基于水凝胶微球建立胰腺癌原代细胞的3D培养模型

目的·利用水凝胶微球和新鲜胰腺癌组织原代细胞构建模拟肿瘤微环境的体外培养新模型。方法·记录水凝胶微球的形态分布情况,倒置荧光显微镜下观察并拍照,通过Image J软件计算微球的直径,统计得到粒径分布图。肾上皮细胞(293T)、胰腺癌细胞(8988)、正常胰腺上皮细胞HPNE均在DMEM完全培养基中生长,当细胞长满到80%~90%时传代。DMEM培养基和微球浸提液培养293T细胞,通过CCK-8法检测2种培养基培养的293T细胞的增殖曲线,探究水凝胶微球的生物相容性。在超净工作台中剪碎新鲜胰腺肿瘤组织,用透明质酸酶和胶原蛋白酶Ⅰ裂解胰腺癌肿瘤组织,在37℃水浴锅中间隔振荡消化为单细胞。水凝胶微球与胰腺细胞在DMEM完全培养基中共培养3 d,半数细胞用4%多聚甲醛固定,鬼笔环肽和DAPI染色,普通荧光显微镜下观察微球的形态和细胞分布;剩余一半细胞用于悬浮细胞和黏附细胞计数。水凝胶微球与原代细胞在培养基中共培养7 d,用免疫荧光法观察基于水凝胶微球建立的胰腺癌原代细胞体外培养模型中的细胞组成。用石蜡包埋胰腺癌组织,随后进行石蜡组织切片,苏木精-伊红染色组织切片,用显微镜观察胰腺癌组织结构。结果·水凝胶微球大小均一,微球粒径约200μm,293T细胞的增殖曲线表明水凝胶微球具有良好的生物相容性。水凝胶微球与胰腺细胞系共培养结果表明水凝胶微球表面具有较强的细胞亲和力,能够为胰腺细胞提供支撑点,使其黏附在微球表面正常生长。水凝胶微球与消化后的胰腺癌新鲜组织单细胞共培养成功建立胰腺癌体外3D培养模型。该模型具有与胰腺肿瘤组织相似的细胞组成,包含胰腺导管上皮细胞、相似比例的肿瘤干细胞、内皮细胞、成纤维细胞等。结论·基于水凝胶微球建立的胰腺癌原代细胞3D培养模型具有胰腺癌肿瘤微环境的重要特征。

化妆品功效评价(Ⅷ)-3D皮肤模型在化妆品功效评价中的应用

概述了3D皮肤模型在化妆品功效评价中的应用,对3D皮肤模型的类型以及基于各种3D皮肤模型的主要体外功效检测方法进行了介绍。3D表皮模型由角质形成细胞构成,用于皮肤屏障、保湿、抗炎、UV防护、经皮吸收等功效性检测;3D黑素皮肤模型由角质形成细胞和黑素细胞构成,主要用于美白功效检测;3D全层皮肤模型由角质形成细胞和成纤维细胞构成,主要用于抗衰功效检测。基于3D皮肤模型,可获得多维度检测结果,实现对化妆品受试物功效的综合评价。

应用肝体外模型评价B1-T1 mapping的直方图研究

目的探讨在体外模型中评价B1-T1 mapping序列在诊断肝纤维化分级中的价值。方法应用3D打印技术制备肝脏体外模型的外壳,以三种不同比例的明胶与水混合物,分次灌注入体外模型中,以模拟轻、中、重度的肝纤维化状态。对此模型分别行T1 mapping序列和B1-T1 mapping序列扫描。采用Image J软件提取体外模型的T 1值,用SPSS软件进行直方图分析;应用受试者操作特征(ROC)曲线及DeLong法评价T1 mapping序列和B1-T1 mapping序列对不同分级肝纤维化体外模型的诊断效能。结果不同分级的肝纤维化体外模型分别行T1 mapping序列和B1-T1 mapping序列扫描后,T1mapping序列均值和峰度鉴别不同分级肝纤维化模型的AUC分别为0.831(95%CI:0.712,0.916)及0.788(95%CI:0.663,0.788);B1-T1 mapping序列均值和峰度鉴别不同浓度肝纤维化模型的AUC分别为0.952(95%CI:0.864,0.991)及0.637(95%CI:0.503,0.758)。DeLong法对ROC曲线进行两两比较,均值在不同程度肝纤维化模型的比较差异具有统计学意义(P<0.05)。结论T1 mapping序列和B1-T1 mapping序列所得到的T 1值是不同的,采用B1-T1 mapping序列扫描所得全肝T 1值具有更高鉴别不同分级肝纤维化的能力,临床实用价值更高。

FLAC3D复杂网格模型的构建及其工程应用

借助通用有限元软件ANSYS在复杂网格模型建立方面的优势,通过开发的数据接口软件,实现了复杂地质体网格模型在ANSYS中建立并导入FLAC3D中的目的,有效降低了FLAC3D复杂网格模型建立的难度。采用该方法建模时,先通过地质建模软件GOCAD获取等高线的三维坐标数据,然后将这些数据输入图形处理软件SURFER整理后输出为等间距的点坐标,接着采用这些点在ANSYS中生成等间距样条曲线并最终建立实体模型并网格剖分,尔后通过接口程序将ANSYS中的网格模型导入FLAC3D以实现复杂岩土工程的计算分析。最后以西南某一水电站厂房边坡网格模型的建立为例,说明了该方法既实用又高效。

基于HYPERMESH复杂地质体的FLAC3D实体建模

FLAC3D采用显式有限差分法求解微分方程,在土木工程领域数值分析中具有明显的优越性,但FLAC3D在复杂三维地质模型建立方面存在不足.结合AUTOCAD和HYPERMESH软件构建复杂地质模型,充分利用HYPERMESH在划分网格、提高网格质量和连续性检查等优点进行前处理.采用FORTRAN语言编写的HYPERMESH_TO_FLAC3D接口程序把建立的复杂模型导入至FLAC3D进行分析计算,从而实现用FLAC3D解决问题时快速精准的建模目的.通过乌东德水电站地下洞室群三维建模实例检验了该方法的可行性和有效性,结果表明:基于HY-PERMESH软件建立复杂三维地质模型,并将其导入FLAC3D,结果令人满意,提高了建模效率,说明该方法在FLAC3D复杂模型建立方面具有一定的参考实用价值.

阶段空场嗣后充填体三维拱应力及强度需求模型

在地下厚大金属矿体的两步骤阶段空场嗣后充填采矿法中,合理平衡一步骤矿房采场胶结充填体的揭露稳定性及其强度需求对安全经济充填采矿影响重大。为获取该采矿法中胶结充填体强度需求的三维解析模型与方法,解决类似矿山确定充填体强度需求主要采用经验类比、缺乏科学合理计算方法的问题,本文借鉴土力学应力拱理论,分析了两步骤采充时序过程中的相邻采场充填体空间接触关系,分别研究了二步骤采场非胶结充填体、一步骤采场胶结充填体(揭露后)的应力分布模式,基于Marston拱应力二维模型,拓展建立了各采场充填体的三维拱应力解析模型,得出了非胶结充填体-胶结充填体-采场围岩之间的应力传递规律及接触力学边界解析方法,并通过FLAC^3D模拟的拱应力分布结果进行了三维拱应力解析模型的对比验证。进一步将提出的拱应力解析方法应用至Mitchell强度需求解析模型中,考虑了三维成拱作用下非胶结充填体对胶结充填体的侧向推力作用、采场上下盘围岩对胶结充填体的接触摩擦作用,以底部滑动面方向角、滑动体与围岩接触面摩擦力方向角的不同取值情况,定量表征了揭露后胶结充填体的潜在破坏模式,并据此提出了4种胶结充填体安全系数和强度需求的三维解析模型与方法。再利用FLAC^3D开展了不同采场尺寸(长度、宽度、高度)、不同充填体参数(容重、内摩擦角)等条件下的充填体强度需求数值解搜索计算,与4种解析方法计算的强度需求结果进行了对比验证,得出了当胶结充填体底部滑动面方向角α=45°+φc/2且滑动体与围岩接触面摩擦力方向角β=45°-φc/2时,胶结充填体强度需求的三维解析解和三维数值解吻合度最佳,最终获取了最优的一步骤采场胶结充填体强度需求三维解析模型与方法。

3D打印技术在肌硬膜桥复合体研究中的应用

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础的快速成型技术,本文将3D打印技术应用于肌硬膜桥三维建模的实践环节中。基于Mimics 18.0软件对韩国数字人数据库断层解剖学图片进行三维重建的人类肌硬膜桥可视化模型,运用J501 Pro3D打印机得到肌硬膜桥复合体3D模型。在3D打印肌硬膜桥复合体模型中清楚地显示了头后小直肌、头后大直肌、头下斜肌、硬脊膜、寰枕后隙和寰枢后隙的3D形态和相邻位置关系。

FDA现代化法案2.0给疾病动物模型发展带来的启示和思考

实验动物是生命科学研究和生物医药产业发展的基础条件,是科学探索和医疗健康事业中不可或缺的技术支撑。科学地开发疾病动物模型对生物医药科研和产业发展意义重大。但鉴于多种新兴体外建模技术在过去十年中的蓬勃发展,2022年美国国会全票通过了FDA Modernization Act 2.0(即《美国食品药品监督管理局现代化法案2.0》,简称FDA现代化法案2.0),取消了自1938年以来实施的FDA批准新药进入人体临床试验前必须经过动物实验的联邦强制要求,并正式提出体外疾病模型也可以被运用在临床前试验中,但并未禁止开展动物实验。本文解读了FDA现代化法案2.0的由来,介绍了细胞培养、类器官、器官芯片、生物3D打印模型和计算机模型这5种体外建模方式在科研、生物化工和制药业中的最新应用及其各自的优缺点,同时概括了实验动物和疾病动物模型发展的新趋势,并关注各种模型之间的交叉应用,旨在为我国今后的疾病动物模型发展提供一些参考。

胆管癌实验模型研究进展

胆管癌是肝脏第二大常见的恶性肿瘤,早期症状不典型、恶性程度高、病死率高是其特点,目前全球范围内胆管癌的总体发病率逐年递增,且多数胆管癌患者的预后较差,迫切需要有效的诊断、治疗策略来改变这一现状。肿瘤建模是癌症研究的一大热点,建立胆管癌实验模型有助于深入了解、研究胆管癌的发生、发展、药物治疗效应等,对胆管癌的早期诊断及治疗具有重要意义。

导航模板辅助曲针穿刺在隐匿性病灶体外模型上的应用研究

目的:研究导航模板辅助曲针穿刺(CNP)在模拟隐匿性病灶体外模型上的应用价值。方法:采用Autodesk 123 D^(*) design软件设计一款包括普通靶区和特殊靶区的体外模型,分别设计一款圆弧形穿刺曲针和一款导航模板,通过3D打印获得实物。分别采用盲穿和CT引导模式,使用常规脊髓穿刺针直针穿刺(SNP)、CNP和导航模板辅助CNP在体外模型上进行穿刺操作,按照引导模式分为盲穿和CT引导。根据穿刺结果计算穿刺完成率、损伤率和穿刺合格率。结果:针对普通靶区,SNP、CNP和导航模板辅助CNP的完成率分别为58.8%、30.0%和73.8%,损伤率分别为56.3%、63.8%和43.8%,穿刺合格率分别为36.3%、13.8%和52.5%;3种穿刺方式间整体的穿刺完成率、损伤率和穿刺合格率比较,差异均有统计学意义(F=6.057,F=6.196,F=7.319;P<0.05)。盲穿和CT引导的穿刺完成率分别为40.8%和67.5%,损伤率分别为65.8%和50.8%,穿刺合格率分别为24.2%和44.2%。针对特殊靶区,CNP和导航模板辅助CNP的穿刺完成率、损伤率及穿刺合格率分别为35.0%和72.5%,92.5%和55.0%,7.5%和45.0%。盲穿和CT引导的穿刺完成率、损伤率及穿刺合格率分别为45.0%和62.5%,80.0%和67.5%,20.0%和32.5%。结论:导航模板辅助CNP技术可以明显提高曲针的可行性,可取得与SNP相似的结果,且对引导模式的依赖小,可弥补SNP在隐匿性病灶的技术缺陷,对于扩大介入穿刺技术的临床应用范围具有重要意义。

术前使用左心耳3D模型及左心耳封堵体外模拟治疗心房颤动患者的疗效

目的:探讨术前使用左心耳3D模型及左心耳封堵体外模拟治疗心房颤动患者的疗效。方法:回顾性选择2021年1月至2022年10月来我院诊治的心房颤动患者,对照组行经食管超声心动图检查、心脏CT造影检查及左心耳封堵术。观察组行经食管超声心动图检查、心脏CT造影检查、基于心脏CT造影数据打印左心耳3D模型、应用3D打印模型进行左心耳封堵体外模拟演练及左心耳封堵术,对比两组相关指标。结果:两组经食管超声心动图检查左心耳各径线对比无差异(P>0.05)。两组经CT检查左心耳各径线对比无差异(P>0.05)。两组封堵器固定大小对比有差异(P<0.05)。术后经食管超声心动图检查发现,观察组术后3个月及12个月血流通过封堵器几率高于对照组,但组间对比无差异(P>0.05)。术后3个月及12个月时,两组的左心房内径降低,且同时间点观察组较对照组(P<0.05);两组术后3个月及12个月时左心室内径对比无差异(P>0.05)。观察组的封堵器型号匹配率较对照组高,手术操作时间、X线曝光量、造影剂使用量、封堵器术中释放次数较对照组低(P<0.05),观察组的残余分流及手术并发症较对照组低,但组间对比无差异(P>0.05)。观察组术后3个月封堵器位置、有无残腔及不良心血管事件与对照组相比无差异(P>0.05),术后12个月,封堵器位置良好率较对照组低(P<0.05),其余两组间对比无差异(P>0.05)。结论:术前使用左心耳3D模型及左心耳封堵体外模拟可提高心房颤动患者的疗效。

用于构建神经变性疾病模型的3D细胞培养研究进展

神经变性疾病是全球面临的重大疾病之一,传统的动物模型、2D细胞模型、脑片培养模型对理解疾病机制过程是有益的,但为了切实模拟患者大脑复杂神经网络,体现血脑屏障功能变化和炎症反应,基于3D细胞培养技术构建体外模型具有更大的潜能。本综述将介绍常见神经变性疾病现有模型、3D细胞培养体系、体外模拟这些疾病的障碍和当前在该领域的研究进展。

皮肤模型在化妆品功效评价中的应用研究进展

综述了三维重组皮肤模型及其在美白防晒、皮肤屏障、保湿抗衰、舒敏修复和大气污染防护领域中的研究与应用现状,分析了目前皮肤模型的优缺点,并对其未来的发展提出了建议。

FLAC^(3D)在岩石变形局部化数值模拟中的应用

采用FLAC3D,对试样的尺寸效应、二块体地震模型、五块体地震模型和厚壁圆筒模型进行了变形局部化数值模拟研究。 所获得的模拟结果是合理的,可以在一定程度上解释自然灾害中的变形局部化现象。