球囊扩张式支架扩张过程的数值模拟

目的求解支架扩张过程中的应力、形变分布云图,以及压强-直径变化曲线,获取球囊扩张式支架整体性能数据。方法使用"体积控制"球囊-支架模型,运用有限元分析软件ANYSY进行数值模拟,并与实验数据进行比较。结果支架-球囊模型可以很好地模拟支架扩张全过程;当球囊膨胀至最大直径,支架模型的主体结构与加强筋连接位置会发生塑性形变,而最大应力也分布在连接位置。结论通过有限元分析可以对支架性能进行优化。     

人内耳半规管和壶腹嵴的组织发生

目的：较全面地了解人内耳半规管和壶腹嵴的组织发生。方法：取人胚胎内耳，光镜和电镜下观察。结果：第6w胚胎半规管上皮为单层柱状，第7w上皮增至3～4层，第9w为单层立方上皮；第11w后，立方上皮逐渐变矮，第23w膜半规管为单层扁平上皮，第31w半规管的扁平细胞内可见线粒体、粗面内质网和吞饮小泡等结构。第6w胚胎壶腹嵴已出现，由两层细胞组成，第7w嵴上皮分裂分化为4～5层细胞，第8w表层柱状细胞出现纤毛，第13w毛细胞和支持细胞分化明显；第15w胶质膜呈帽状，它由许多平行排列的纵行小管组成；第18w毛细胞可分辨出Ⅰ型和Ⅱ型毛细胞。结论：补充了半规管组织发生的新资料。     

肺部肿瘤运动的数值模拟

目的模拟肺部肿瘤在呼吸作用下的运动,探索有限元分析方法模拟肺的变形和肺部肿瘤运动的可行性。方法利用四维CT影像获得病人从吸气开始到结束各相位的图像,以计算机辅助设计表面重建方法提取吸气过程中的肺表面形态。根据吸气开始时刻表面建立有限元模型。根据各相位表面与吸气开始时刻表面的差异,提取位移载荷。将位移载荷施加到模型表面,通过有限元计算,模拟肿瘤在呼吸过程中的运动和变形。结果数值模拟表明,肺变形的误差在2 mm以内,肿瘤位移和变形的误差在1 mm以内。肿瘤在弹性模量为50 kPa时,模拟的位移和变形精度更高。结论采用有限元法可实现肺部和肺内肿瘤运动模拟,本研究为基于数值模拟的肺部肿瘤非射线追踪方法提供了依据。     

面神经乳突段的应用解剖

目的　为侧颅底手术中面神经乳突段的定位提供解剖学资料。 方法　 10%福尔马林固定成人头颅标本8例16侧,电动磨钻轮廓化乳突,暴露3个半规管、面神经乳突段全长。测量面神经乳突段的长度、宽度、面神经乳突段始端及末端与周围重要结构的距离,并观察面神经乳突段与周围毗邻结构的关系。 结果　面神经乳突段的长度为（11.04±1.03）mm,宽度为（2.29±0.39）mm。面神经乳突段起始部到乙状窦、外耳道后上棘、颅后窝硬膜、岩上窦-乙状窦-横窦交点、后骨半规管的最近距离分别为（9.41±　2.06）mm、（15.61±2.11）mm、（5.96±1.51）mm、（20.20±3.44）mm、（3.84±0.14）mm。面神经乳突段末端-乙状窦 、外耳道后上棘、乳突尖、颅后窝硬膜、岩上窦-乙状窦-横窦交点的最近距离分别为（7.05±2.01）mm、（20.32±2.69）mm、（16.48±2.48）mm、（7.97±2.61）mm、27.38±4.21)mm。 结论　外骨半规管、后骨半规管、二腹肌嵴是面神经乳突段定位的重要标志,面神经乳突段走行于外骨半规管、后骨半规管和二腹肌嵴前端形成的三角形内。     

基于不同应变判定准则模拟皮质骨断裂的准确性

文题释义：基于等效应变断裂模拟：即在大鼠股骨皮质骨断裂模拟过程中,应用皮质骨有限元模型在外部载荷作用下所产生的等效应变数值,与皮质骨组织的失效应变进行对比,当等效应变数值大于皮质骨组织失效应变时,有限元模型内的单元便发生失效,直至失效单元达到一定数量,模型便发生整体失效,此过程为基于等效应变的断裂模拟。基于主应变断裂模拟：即在大鼠股骨皮质骨断裂模拟过程中,应用皮质骨有限元模型在外部载荷作用下所产生的主应变数值,与皮质骨组织的失效应变进行对比,当主应变数值大于皮质骨组织失效应变时,有限元模型内的单元便发生失效,直至失效单元达到一定数量,模型便发生整体失效,此过程为基于主应变的断裂模拟。背景：由于意外碰撞等外力因素所产生的皮质骨裂纹是引起骨折的重要原因之一,要防止此类骨折发生,首先需弄清不同载荷作用下皮质骨裂纹的产生与扩展机制。由于实验分析对样本具有破坏性,难以同时了解骨结构在断裂前后的内部力学状态,找到一种能够准确模拟皮质骨从裂纹产生、扩展,直至断裂过程的有限元方法就显得尤为重要。当前模拟方法主要应用主应变或等效应变判定模型单元力学状态,继而进行断裂模拟,却鲜有关于这2种应变进行模拟准确性的探究。目的：验证应用主应变与等效应变进行皮质骨断裂模拟的准确程度。方法：结合实验与仿真分析,应用主应变与等效应变进行皮质骨断裂模拟,将仿真与实验结果进行对比,确定应用哪种应变进行模拟更加准确。结果与结论：①应用主应变模拟的皮质骨断裂时间要明显晚于应用等效应变;②通过与实验对比发现,相比主应变,应用等效应变进行仿真所得结果与实验值更为接近;③因此,应用等效应变进行皮质骨断裂模拟相对更加准确。ORCID: 0000-0003-0313-1359(王伟军)中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

人内耳半规管嵴顶时间常数的定量分析

目的 通过数值仿真和实验定量探究人内耳前庭半规管中的嵴顶时间常数,明确半规管编码角运动的时间过程。方法 建立人双耳半规管数值模型,通过流固耦合数值模拟嵴顶的生物力学响应,进而计算嵴顶的力学松弛时间常数。同时,对志愿者进行前庭眼反射实验,根据志愿者的眼震慢相角速度计算嵴顶的时间常数。结果 通过人内耳半规管数值模型计算得出的嵴顶力学松弛时间常数为3.75 s。通过实验测量得出平均嵴顶时间常数约为4.86 s。数值模型和实验中的结果近似保持一致。结论 人内耳前庭半规管中的嵴顶时间常数大约为4.86 s,反映了嵴顶力学松弛和半规管传入神经适应性的联合作用效果,体现了半规管编码角运动的时间过程。     

人耳蜗基底膜模型的动力特性有限元数值模拟

目的采用有限元模拟,建立人耳蜗基底膜模型,研究耳蜗结构的动力响应。方法应用有限元方法,利用大型有限分析软件ANSYS求解基底膜简化模型的模态。结果 得到了模型上不同部位产生最大振幅时对应的振动频率。结论 频率不同时,行波传播的远近和最大行波的出现部位不同。振动频率愈低,最大行波振幅出现的部位愈靠近基底膜顶部;相反地,高频率声音引起的基底膜振动,只局限于卵圆窗附近。从一个新的角度验证了行波理论。     

Nuss手术矫正漏斗胸过程的数值模拟

目的 建立漏斗胸患者前胸廓三维实体模型,进行生物力学有限元分析,为Nuss手术提供可参考的依据,并提出可行的手术方案.方法 首先利用Mimics和GeomagicStudi0软件的三维造型功能,构建出漏斗胸患者前胸廓三维模型,包括患者前胸廓数据采集,生成点云数据,构建前胸廓三维实体造型;然后利用有限元分析软件ANSYS...     

以上半规管为标记内耳道手术的应用解剖

目的:为颅中窝进路内耳道手术提供解剖学依据。方法:采用福尔马林固定的头颅标本２４具(４８侧),首先寻找弓状隆起并磨出上半规管蓝线,进一步测量其与内耳道及相关结构的位置关系。结果:上半规管拱峰到内耳道后壁的投影距离为(６．１８±０．２５)ｍｍ(５．１１~７．２３ｍｍ),距前壁的投影距离为(１３．２３±０．４７)ｍｍ(１１．２~１４．２１ｍｍ)。上半规管拱峰与内听后壁的直线距离为(７．０３±０．２６)ｍｍ(６．０１~７．８５ｍｍ),距前壁为(１４．４４±０．７６)ｍｍ(１２．０３~１５．７７ｍｍ)。结论:本文测量数值,对临床上进行颅中窝进路的内耳道定位有较大的帮助。     

基于ANSYS的人体膝关节半月板撕裂数值模拟

目的研究半月板在撕裂情况下膝关节应力、应变以及有效表面压力分布的情况。方法基于CT和MR扫描图像数据,使用软件Mimics和ANSYS,应用逆向工程原理建立膝关节的三维有限元模型(包括上、下膝盖骨和半月板),模型中处理忽略关节软骨和韧带。分析和对比健康完整膝关节、内侧半月板"V"字形撕裂膝关节和半月板纵向撕裂膝关节3种模型在承受轴向载荷时的力学响应情况。结果在轴向载荷作用下,健康膝关节半月板要传递大部分压应力载荷,且这些载荷主要集中在半月板中部的横向侧,最大的接触压力出现在半月板中间部分的后方。半月板撕裂时,应力最大的部位出现在撕裂部位周边,且由于撕裂部位的存在,半月板的接触应力分布有显著变化。结论半月板撕裂对膝关节各部件的应力分布和峰值有很大影响,医生可根据半月板的撕裂形状,通过确定半月板上应力集中的位置,有效、准确地确定半月板撕裂患者最需要重点修复治疗的地方。     

脊髓受压损伤机制的三维有限元分析

目的 建立胸腰段脊髓的三维有限元模型,通过生物力学实验研究爆裂骨折时脊髓损伤的机制。方法 利用有限元仿真技术,对爆裂骨折时脊髓受压情况进行仿真模拟,并通过与已经验证的模型及体内、体外实验结果相对比的方式对仿真结果进行检验。结果 在爆裂骨折初期,脊髓白质的应变高于灰质。随着骨碎片位移的增加,灰质的应变逐渐上升,最终在骨碎片位移达到峰值时,白质的应变高于灰质。结论 脊柱发生爆裂骨折时,脊髓损伤的严重程度取决于脊髓后部组织的受累情况。脊髓前角（运动功能区）和后角（感觉功能区）发生创伤的顺序也对脊髓损伤的程度有重要影响。临床上,可以通过评估脊髓运动功能区和感觉功能区发生损伤的严重程度,更加准确判断患者病情。对于脊髓损伤过程中应变分布的进一步研究,能够在应对脊髓损伤时采取更为有效的治疗与预防措施。     

不同力学激励对骨重建数值模拟的影响

目的研究采用应变能密度、等效应力、等效应变3种不同力学激励对骨重建数值模拟结果的影响。方法建立股骨近端的二维有限元模型,基于力学稳态理论的重建控制方程并结合有限元法,分别用3种不同力学激励模拟股骨近端的内部结构及密度分布,并与CT数据计算得到的骨密度值进行定量分析比较。结果 3种力学激励模拟得到的重建结果均能反映出股骨近端的主要特征结构,但采用等效应力作为激励时得到的股骨密度曲线图的趋势和数值都与CT图像数据更为一致。结论在骨重建力学调控机制中,应力可能起主导作用。准确预测和模拟骨重建过程将对矫形外科、骨伤治疗、人工假体的优化和个体化设计等临床实践提供理论依据。     

不同载荷作用下头部生物力学响应仿真分析

目的建立符合解剖结构的人颅骨三维有限元模型,研究多种载荷作用下头部生物力学响应。方法通过建立具有解剖结构的高精度头部有限元模型,颅骨采用能模拟骨折的弹塑性材料本构模型,结合已发表的正面冲击颅内压实验、动态颅骨骨折实验、头部跌落实验结果,仿真再现实验过程中头部受冲击载荷作用下的生物力学响应、颅骨骨折及头部不同速度下的跌落响应。结果前碰撞表现出冲击与对冲侧正-负颅内压分布,相近载荷下枕骨变形比前额、顶骨严重,跌落中速度越快损伤越大。结论建立精确解剖结构的头部有限元模型可以较好模拟头部在冲击、跌落等载荷下的生物力学响应。通过量化接触力、颅内压力等参数来评价头部损伤风险,为防护系统的设计提供科学依据。     

数值模拟不同充气压力对支架术后颈动脉力学环境的影响

目的研究支架介入在不同充气压力下对病变血管壁力学环境的影响。方法使用高分辨率磁共振成像(MRI)获得含有脂质斑块和钙化斑块的颈动脉模型,通过有限元软件构建体内血管-支架两者之间相互作用的力学模型,数值模拟分析不同充气压力(909、1 212和1 515 kPa)作用下血管壁及斑块的Von Mises应力分布。结果随着充气压力的增大,血管壁与支架接触内表面的Von Mises应力逐渐增大。在高充气压力作用下支架撑开后,脂质斑块区域会产生严重的应力集中现象;而在不同充气压力作用下,钙化斑块区域Von Mises应力分布差异很小。结论较大充气压力作用下支架撑开后将给血管壁和脂质斑块带来较大伤害,可能会引发支架后期失效。研究结果可为支架术充气压力的选择以及支架植入后斑块稳定性的预估提供临床参考。     

骨重建数值仿真中的控制方程

人体骨组织有着复杂的结构和生理机制,骨重建理论经历了定性分析、定量计算和计算机定量数值模拟三个阶段。目前,存在力学模型和现象模型两类成熟的骨重建模型,力学模型的共性就是表观密度随一定的力学刺激而变化,现象模型由基本多细胞单元的损伤状态和孔隙度变化来决定。大多数股骨重建仿真模型仍然将骨量的分布看作是各向同性的,这就不能完全反映骨组织微构造的本构关系。本文是对骨重建仿真模型的控制方程进行综述。     

不同钙化模式对经导管主动脉瓣膜植入效果影响的数值模拟研究

目的通过有限元方法评估不同钙化模式对经导管主动脉瓣膜植入效果的影响。方法根据钙化斑块在主动脉瓣叶上的位置不同,建立对合线钙化模型、附着线钙化模型和圆圈钙化模型3种不同钙化形式的主动脉根部模型。使用ABAQUS软件仿真自膨胀经导管主动脉瓣膜植入3个钙化模型中的过程,分析不同钙化模型对主动脉根部应力、瓣架变形以及瓣周间隙的影响。结果圆圈钙化模型中钙化斑块的最大主应力最大,为18.42 MPa,可能导致假体植入后发生脑卒中的风险更高;圆圈钙化模型的瓣架变形程度也最大,可能导致更差的假体耐久性;附着线钙化模型的瓣周间隙面积为37.2 mm~2,超过其他模型的2倍,植入后出现严重瓣周返流的风险可能性更高。结论不同的主动脉瓣叶钙化模式与经导管主动脉瓣膜植入后的主动脉根部应力、瓣架变形以及瓣周间隙有关,对术后并发症和假体耐久性产生影响。研究结果为临床上经导管主动脉瓣膜植入术术后效果的预测提供参考。     

A simulation finite element model for the mechanics of the internal oblique muscle: A defense mechanism against inguinal hernia formation?

Simulation of the human muscular system has multiple applications in biomechanics, biomedicine and in the study of motion in general. Mechanical alterations of the normal functioning in the inguinal area (“inguinal shutter”) seems to be involved in the genesis of hernias in adults, but the role of this anatomical mechanisms is poorly understood. A finite element model for the mechanics of the internal oblique muscle allowed creating a dynamic model of the inguinal region applicable to the study of the shutter mechanism as a defence mechanism of contention of the abdominal viscera against development of an inguinal hernia.     

Postnatal developmental changes in the response of rat primary horizontal semicircular canal neurons to sinusoidal angular accelerations

Summary At birth primary horizontal semicircular canal afferent neurons in the albino Wistar rat have slow, irregular spontaneous activity and insensitive, sluggish, variable responses to sinusoidal angular acceleration stimuli. There are rapid changes in the gross morphology of the rat semicircular canal in the first 4–5 days after birth, and during this time there is a rapid increase in neural gain re acceleration. Irregular neurons in rats about 6 days old have gains in the same range as irregular neurons in adult rats. However, after the gross morphological growth is complete, there continues to be a decrease in phase lag re acceleration. The causes of this developmental change in phase are unknown. It could be produced by changes in the receptor-afferent-efferent complex or by changes in the cupula or cupula-hair-cell attachment. These results with sinusoidal accelerations confirm the developmental increase in sensitivity and decrease in time constant found with constant angular accelerations (Curthoys 1979b).Supported by a grant from the National Health and Medical Research Council of Australia     

种植牙支持式下颌全口覆盖义齿的三维有限元分析

近十年来，在全口无牙颌患者口腔内放置２－４个种植体作覆盖义齿，并在种植基础上制作的附着何等改善义齿的固位和稳定功能，提高了患者的咀嚼效率，取得了令人满意的效果，本研究借助于ＣＴ扫描，ＣＡＤ手段，采用三维有限元方法分析种植牙支持式覆盖义齿在不同固位装置，不同咬合力状态下，支持组织应力分布情况。     

人体主动脉弓周向应力的非线性数值模型研究

目的 为了解主动脉弓的受力状况,选择适当的本构关系,为进一步分析人体主动脉弓的生物力学特性提供参考依据,并为临床治疗主动脉弓夹层瘤提供生物力学依据。方法 使用有限元方法分析了两种约束条件（第1种约束条件：沿升主动脉管轴方向的约束;第2种约束条件：升主动脉端可自由运动,但端部用半球封闭）的3种本构关系（线性本构、指数函数本构和M-R两参数本构）在两种载荷（10.67 kPa和26.66 kPa）下主动脉弓模型的周向应力,并对计算结果进行探讨。结果 建立了两种约束条件下的模型,并分别得出了在这两种约束条件下的3个本构关系在两种载荷下主动脉弓的周向应力的云图和周向应力沿弧长的分布。结论 指数函数本构关系可以较全面地反映主动脉弓血管的物理属性。第2种约束条件能够更真实地反映主动脉弓的物理特性。