一种力学生物学因素耦联的松质骨骨质疏松过程计算模型

目的是研究力学因素和生物学因素在松质骨骨质疏松过程中的作用。根据骨重建的生理过程,在基本多细胞单位(BMUs)层次建立了一个力学因素和生物学因素耦联的,带有时间历程的松质骨骨质疏松过程计算模型。通过调整模型中的力学因素和生物学因素,模拟了妇女绝经期骨量变化过程,其模拟结果与Recker等[1]临床观测结果非常接近。可见,本研究提出的松质骨骨质疏松过程计算模型可以很好地描述松质骨的骨质疏松过程,为中老年群体防治骨质疏松提供理论基础和计算分析方法。

下颌骨骨折钛小夹板固定骨折线稳定性体外模型研究

目的 :研究下颌骨骨折钛小夹板固定功能负载条件下不同部位骨断端的稳定性。方法 :建立下颌角、下颌体部颏孔区及正中联合区三种单一线性下颌骨骨折体外模型 ,用MNS10 4型钛小夹板及M 2 .0B单皮质螺钉采用不同的方法进行骨折固定。对固定后的下颌骨骨折模型进行体外模拟功能负载。测定下颌功能活动时骨折断端弯曲及扭转运动位移量大小。应用Origin6 .0软件进行结果分析处理。结果 :单一钛小夹板沿中线固定下颌角区、体部颏孔区及正中联合区骨折骨断端均产生较大的弯曲及扭转移位。应用单夹板外斜线固定下颌角骨折扭转移位量降低明显 ,双钛夹板固定体部及正中联合区骨折断端弯曲及扭转移位都显著降低。结论 :单一钛小夹板沿外斜线固定下颌角骨折有利于对抗断端扭转移位 ,双钛夹板平行放置固定体部及正中联合区骨折既能有效地对抗弯曲移位 ,又能有效地对抗扭转移位 。

膝内翻引起胫骨平台内侧骨质增生的模拟

本研究首先采用非线性骨再造速率方程和有限元方法相结合,引入拓扑优化思想,从不确定外形出发,模拟了正常力学环境下的胫骨上端外部形状和内部结构。然后以得到的正常力学环境下的胫骨上端外部形状和内部结构为初始模型,根据骨质增生形成的过程,提出膝内翻时胫骨平台上所受压力的分布随内翻角度的变化以及骨质增生过程中平台上受力分布和骨刺上压力分布改变的假设。模拟了膝内翻引起胫骨平台内侧的骨质增生。在模拟的过程中,总结出了一种符合骨质增生生理过程的模拟方法。

胫骨上端外部形状及内部结构的模拟

目的,进行胫骨上端内部结构和外部形状的模拟。方法,采用高阶非线性骨再造速率方程和有限元方法相结合,引入拓扑优化的思想,选取大于模拟的胫骨上端外形的模拟域,从不固定外形出发,对正常力学环境下的胫骨上端内部结构及外部形状进行模拟。结果,模拟的胫骨上端的外部形状和内部结构与真实结构十分接近。

结构静态重分析的改进预条件Lanczos方法

通过引入Jordan约化变换及广义模态理论,对预条件Lanczos算法进行优化修正,建立一种新的结构拓扑修改静态重分析方法。该方法适用于拓扑修改中的三种情况,并易于上机实现。该方法根据初始分析结果,对拓扑修改的三种情况分别选取预条件子,并对相应预条件系统的系数矩阵进行改进,得到改进后预条件子,经过预条件及预条件子改进处理后系统系数矩阵条件数显著减小,收敛速度得到大幅提高,应用该改进的预条件Lanczos迭代算法计算拓扑修改后结构响应。将此算法与直接Lanczos算法分别应用于数值算例,比较预条件前后迭代收敛速度。同时分析该方法时间复杂度,并分别和组合近似方法(combined approximations,CA)与直接解法进行对比,对比表明本文提出的方法计算成本显著降低,计算结果验证了该算法的正确性和有效性。

下颌升支矢状截骨后不同固定方法稳定性的体外模型研究

目的 :比较下颌升支矢状截骨术 (bilateralsagittalsplitramusosteotomy ,BSSRO)后 3种固定方式产生的近远心骨段的稳定性。方法 :选牙列完整的成人下颌骨标本 9件 ,经标准术式的矢状截骨后 ,分别依次行双股钢丝结扎 (wirefixation ,WF)和两种形式的坚固内固定 (rigidinternalfixation ,RIF) :小夹板固定和双皮质螺钉固定。将试件两侧近心段妥善固定后 ,于两侧前磨牙区加载 ,记录不同载荷下远心骨段前端二维方向上的位移量。结果 :1)钢丝结扎后远心骨段在二维方向上的位移大于其它两组 ;2 )随载荷增加 ,远心骨段的位移增大 ;当载荷大于 2 0N时 ,钢丝固定组产生的位移明显大于其它两组 (P <0 .0 5 ) ;3)小夹板固定与双皮质螺钉固定组在二维方向上的位移情况相近 (P >0 .0 5 )。结论 :钢丝固定的稳定性最差 ,双皮质螺钉与小夹板固定的稳定性相似 ,但加载后远心骨段仍有不同程度的移位 ,提示术后应配合暂时性的颌间固定。

持续与间歇振动大鼠神经电图的实验研究

高频低载振动能够对抗骨质疏松这一理论已经得到国内外学者的初步认可,我们选取大鼠为实验动物,探索高频低载振动对周围神经系统的影响。选取6月龄Wistar大鼠36只,分为6组:基础对照组,持续振动组,间歇振动1、35、7、d组。全部大鼠均切除双侧卵巢,建立去势骨质疏松模型。术后1周进行持续与间歇的高频低载振动试验(频率35 Hz,加速度0.25 g,每天振动15 min),分别在实施振动8周和12周时两次活体测量大鼠坐骨神经电图。结果表明:各组大鼠神经电图波幅差异不大;对神经电图潜速率比较可知:8周时持续振动组潜速率出现下降现象;12周时除持续组外,间歇振动7 d组和5 d组也出现下降现象。说明长时间的振动对神经影响较大,因此振动治疗周期不宜过长,积极寻找合适的间歇振动周期是十分必要的。

基于影像的骨结构非线性有限元建模及其在骨折风险预测中的应用

准确评价患者的骨折风险能够鉴别高风险人群,以便于采取相应的预防治疗措施。骨折的诱因是多方面的,最主要是力学强度的降低。因此,根据临床已知信息更好地预测与骨强度相关的骨折风险,是一个非常重要的研究课题。计算、建模和影像重建技术的发展,使获得骨结构的三维几何形态和预测骨强度成为可能。基于影像的个体化有限元建模是无创研究骨强度的一个强大手段,对于更为准确地评价骨强度和相关骨折风险,是一个非常重要的工具。本文以本课题组近几年来进行的细观椎体松质骨、腰椎和股骨近端结构的基于影像的非线性有限元建模为例,具体介绍了建模过程及其在骨折风险预测中的应用,并对该方法如何进一步提高骨强度预测精度进行了展望。

含有相关变量的螺旋管簧的可靠性优化设计

讨论了随机参数服从正态分布变量相关情况下螺旋管簧的可靠性优化设计问题,在基本随机参数均值、方差和相关系数已知的情况下,应用变量相关情况下可靠度指标计算的优化方法并通过计算机程序给与实现,迅速准确地得到了螺旋管簧的可靠性优化设计信息。计算结果表明,提出的方法是一种有效、实用的方法。