一种新型人工颞下颌关节的生物力学分析

目的　建立下颌骨髁突缺损有限元模型,研究新型人工颞下颌关节的应力分布及位移改变。 方法　运用Mimics、Geomagic、Solidworks、ANSYS软件建立含完整牙列的下颌骨右侧髁突缺损有限元模型并分析新型人工颞下颌关节在模拟咬合力加载的情况下假体及下颌骨硬组织的应力分布和位移情况。 结果　下颌骨整体等效应力值均低于20 MPa,最大形变值不超过0.05 mm。 结论　新型人工颞下颌关节能避免过大应力导致的假体断裂和骨质吸收,具有良好的生物力学特性。     

下颌骨缺损自体骨移植重建的生物力学研究

模拟临床下颌骨缺损状态和咬合力学环境,对自体骨移植重建下颌骨的生物力学效果进行分析、评价。根据人体骨骼和肌肉系统的解剖学特征,模拟B、BS＇＇S”和RB＇＇S”类缺损状态,建立腓骨和髂骨修复下颌骨三维有限元模型,对咬合力作用下重建下颌骨的应力状态进行了分析。结果表明,不同缺损腓骨重建,从右侧后牙牙槽嵴对应接骨处到左侧颏部对应接骨处,应力状态均从压应力到拉应力过渡．应力值大小受缺损方式影响;相同缺损腓骨与髂骨重建,以皮质骨为主要成分的腓骨重建下颌骨,应力分布较完整下颌骨有显著变化,移植骨上最大应力约为正常骨上5倍,呈现明显的应力遮挡;以松质骨为主要成分的髂骨重建下颌骨,应力状态和完整下颌骨基本相同。因此,髂骨重建下颌骨的力学性能较腓骨类更接近完整下颌骨．更利于术后愈合和进一步的功能重建。     

下颌牙列数字化生物力学模型的建立

目的:通过 CT数据结合逆向工程软件建立下颌牙列的数字化生物力学模型.方法:选择健康成年志愿者1名,X检查无颌骨疾患,利用其下颌骨薄层扫描 CT数据及 mimics及 freeform软件建立成年人下颌牙列的数字化模型.结果:该模型精确反映了下颌牙列的外形及解剖特点,共得到50184个节点和31420个单元,实现了对下颌牙列解剖区域的精确划分.咬合加载后下颌骨应力分布集中于下颌骨体部及升支部,且下颌骨升支前缘、后缘及下颌骨下缘有明显应力集中区域.结论:建立了由单个牙齿组成的完整下颌牙列的数字化生物力学模型,并对此验证得出正常下颌骨的力学分布状况,为下颌骨缺损重建及牙列的力学研究奠定基础.     

面向3D打印植介入体的生物力学设计

医用植介入体至少包含两类重要的生物力学问题:一是其自身结构的强度等生物力学问题,二是与宿主之间的相互作用;二者对于其成败都非常重要。增材制造技术(3D打印)为个性化植入假体的应用推广带来希望,个性化植入假体具有巨大的临床和市场需求。然而,个性化植入假体设计与临床应用仍有亟待解决的科学和关键技术问题,现有的临床案例主要考虑基于解剖影像几何特征的个性化适配连同医生个人经验进行个性化假体的结构设计,但往往缺乏植入体与宿主组织相互作用的生物力学与力学生物学定量化预测和可靠性评测。本文针对骨盆、肢体修复和足部关节融合所需的个性化植入假体,研究基于生物力学的个性化植入假体的结构优化(强度、可靠性、疲劳特性数值化分析和仿真)技术;探索基于应力影响骨肌相关细胞、组织生长、改重建规律定量化仿真的个性化植入假体的优化设计方法。面向增材制造的多孔植入体对于植入后组织细胞的生长具有诱导性,由于不同形态孔隙的多孔假体,其力学特性、传质特性不同,从而致使其细胞组织相容性差异较大,本文开展了多孔结构拓扑优化研究。开展假体改重建定量生物力学仿真、大规模微孔结构生物力学仿真、疲劳断裂风险数值分析评价、临床特征参数提取、无量纲微孔结构元素库构建、假体高精度制备及处理等关键技术研究。在适宜制备技术方面,研究集成激光清扫的3D打印SLM专用成型设备系统。针对生物医用领域对Ti基合金粉末材料的特殊要求,优化增材制造专用Ti基合金粉末材料的合金体系及化学成分,并结合合金元素对于增材制造过程中激光微熔池行为、凝固组织特征与性能的作用机理研究,微调增材制造用粉末材料的化学成分,研发国产Ti基打印粉材。同时探索个性化植入假体的检测与监管技术。在上述研究基础上开展了临床应用研究。     

三维重建技术与生物陶瓷相结合在下颌骨连续性缺损个体化修复中的应用

目的探讨三维重建技术与生物陶瓷相结合,制作下颌骨连续性缺损的个体化修复假体的可能性.方法 (1)应用三维重建技术获得下颌骨连续性缺损的三维重建模型;(2)完成下颌骨连续性缺损的个体化修复假体的生物陶瓷置换.结果应用三维重建技术,能够准确地获得与下颌骨连续性缺损相匹配的个体化生物陶瓷修复体.结论三维重建技术与生物陶瓷相结合可以完成下颌骨连续性缺损的个体化修复,这种技术可以满足下颌骨连续性缺损的外形和功能重建的需要.     

基于三种常见下颌骨缺损假体的松质骨应力水平比较

目的在植入人体的下颌骨假体孔洞中填充松质骨颗粒,以考察松质骨在人体应力环境下是否能够达到骨细胞生长应力水平,使假体与人体骨能够长合。方法模拟下颌骨体部、跨中线和半侧缺损状态,设计了相应的修复假体并在其上打孔,在孔中填充松质骨颗粒,利用有限元软件(Ansys8.0)模拟分析了松质骨上的应力水平。结果考察了三种缺损假体孔洞中松质骨的应力水平,确定了松质骨骨细胞生长应力水平阈值。结论作用于假体松质骨上的应力可以达到骨细胞的生长水平,并为假体设计提供了力学参考。     

个体化钛合金掌指关节假体的生物力学研究

背景:目前国内外对非个体化假体的生物力学研究较多,而对个体化假体的生物力学资料尚缺乏。目的:探讨运用生物力学实验方法观测个体化假体生物力学的优越性。方法:①实验将经重建及快速成形制造的人个体化钛合金示指掌指关节标本设为个体化假体组;其对侧手标本的示指掌指关节为对照组;取5侧正常人手标本为正常对照组。在个体化假体组掌指关节植入个体化假体;对照组掌指关节植入Swanson假体。②利用CSS-44020试验机来模拟对3组标本分别以50,100,150,200,250,300,350N施加垂直载荷。③观察相应掌、指骨所受的应变变化,并绘制相应的载荷-应变曲线,观察和对比个体化假体、Swanson假体和正常掌指关节的生物力学特点。结果与结论:掌、指骨被垂直加压后,所受应变随着载荷加大而逐渐增大,观察各组数据,在实验测试范围内各应变片所测得应变值基本呈正态分布;掌骨在不同载荷下的应变要大于近节指骨。掌骨与近节指骨的应变变化在300～350N出现了"平台期"。在压力为50N时,各组掌、指骨所受的应变没有差别。大于100N时,对照组与个体化假体、正常对照组应变相比差异均有显著性意义,而个体化假体、正常对照组间应变差异无显著性意义。说明个体化钛合金假体更符合掌指关节的解剖学形状,也就更符合正常掌指关节的生物力学,因此个体化钛合金假体要优于Swanson假体,为临床提供了一种新型理想的掌指关节假体。     

具有多孔和支撑结构的修复体重建下颌骨节段性缺损的生物力学研究

目的 设计一种具有多孔和支撑结构的个性化钛下颌修复体,通过有限元分析其应力分布特征,评估修复体的临床应用价值及应用前景。方法 拔除比格犬右侧下颌第4前磨牙及磨牙,愈合3个月后拍摄螺旋CT并建立下颌三维模型,模拟手术过程切除3 cm下颌骨并用个性化修复体重建,该修复体由基牙、支柱、实体单元、多孔单元及固位单元组成。建立个性化钛下颌修复体有限元模型A,分析负荷时修复体的峰值应力,当构成假体每部分的最大应力均小于其材料的屈服强度时进行下一步研究;构建假体、下颌骨以及螺钉装配完成的有限元模型B,加载咀嚼力,记录下颌骨的应力、应变及位移分布。结果 当基牙垂直加载载荷100 N时,修复体实体、多孔结构的峰值应力分别为147.03、75.36 MPa,均小于其材料的屈服强度;皮质骨、松质骨的的峰值应力分别为53.713、4.216 7 MPa,应变分别为3.753 6、3.562 5;修复体最大位移338.3 μm。结论 以犬下颌骨为例,通过有限元分析表明,设计的具有多孔和支撑结构的个性化修复体应力分布均匀,具有较好的力学性能。研究结果为修复下颌骨缺损的假体设计提供了一种新方法。     

功能状态下下颌骨生物力学模型的建立

为探讨建立正常下颌骨在功能状态下生物力学模型的可行性，我们利用完整干燥的下颌骨，采用硅橡胶模拟颞下颌关节盘等结构，通过在各肌肉中心点分别模拟咬肌（M）、颞肌（T）、翼内肌（MP）和翼外肌（LP）进行加载，成功地建立了包括颞下颌关节以及四组肌肉（M=180N，T=190N，MP=120N，LP=40N）同时加载的下颌骨生物力学模型。该模型比较真实地模拟了生理状态下下颌骨的受力情况，为下颌骨在各种生理状态下的生物力学研究创造了条件，并为下颌骨骨折的生物力学研究奠定了基础。     

基于SLM成形的下颌骨植入物固定板力学性能

目的 利用拓扑优化确定最优下颌骨植入物固定板的布局,并设计高承载能力的个性化下颌骨植入物固定板。 方法 以典型的下颌骨缺损模型为例,构建考虑骨骼和支架材料特性的下颌骨有限元模型。 对模型进行拓扑优化分析,设计个性化下颌骨植入物固定板。 通过模拟分析常规固定板系统与个性化固定板系统下颌骨、固定板、 螺钉的应力分布,评估个性化下颌骨植入物固定板的力学特性。 并结合 Gibson-Ashby 模型,设计弹性模量与皮质骨相当的多孔面心立方晶格结构假体,最终确定最终支架方案。 结果 通过安装个性化下颌骨植入物固定板,下颌骨、接骨板、螺钉的峰值应力分别 55. 86、291. 1、122. 53 MPa,分别比安装常规固定板降低 9. 8% 、32. 0% 和14. 6% 。 结合个性化下颌骨植入物固定板与多孔结构的设计方案,得到最优孔隙率为 71. 6% 的三维多孔支架模型。 结论 本研究设计的个性化下颌骨植入物固定板显著降低假体的峰值应力,提高支架的可靠性。 并且结合激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术,可以快速制造出性能优异的个性化假体,以满足紧迫的时间需求。     

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 ,法医生物力学的研究方法和研究内容四个方面进行了综述     

步态生物力学大数据分析研究进展

目的 研究目前步态生物力学大数据分析的前沿进展。方法 以2011～2020年步态生物力学大数据分析相关的科技文献为研究对象,运用内容分析法,从主题结构、层级水平、模型类型和分析技术4个方面进行分析与讨论,并在此基础上对步态生物力学大数据分析的未来研究进行展望。结果 大数据分析在步态生物力学的应用领域主要有5个层面,分别为干预和康复、运动训练、假肢设计和评估、了解病因和诊断、了解人移动的特点;步态生物力学领域大数据分析分为3个层级水平,其中描述性分析是使用最多的类型,约占41%;系统回顾步态生物力学领域大数据分析的模型和具体技术;拓扑数据分析是一个非常有前途的大数据探索工具。结论 大数据技术在步态生物力学和临床医学研究中具有巨大潜力。     

航空生物力学

飞行员在飞行中会面临各种复杂载荷,这些复杂载荷会给飞行员肌骨、血液循环等系统产生复杂生理影响,从而导致飞行员损伤。生物力学主要研究生物医学中的力学问题及力的生物学效应。航空生物力学是研究人体在航空动力环境中生理变化规律及其防护措施的学科,其主要研究内容包括:冲击载荷对人体的损伤及其防护;持续性载荷对人体的生理影响及其防护或对抗;振动与噪声对人体的生理影响及其防护等。     

组织损伤修复中的生物力学问题

生物力学对损伤组织修复的影响及调控研究方兴未艾。组织修复与再生医学的发展为生物力学的研究提供了新平台,而生物力学则成为推动组织修复与再生医学发展的重要因素。对《医用生物力学》2016年第5期发表的"生物力学与组织修复"专栏论文进行简要的分析、述评,同时对该领域的研究进行回顾和展望。     

人眼调节机制的生物力学研究

从生物力学角度进行人眼调节机制的研究具有重要意义。目前,人眼调节机制有Helmholtz调节理论和Schachar调节理论,其力学解释存在着一些差异。作者对人眼在调节过程中有关晶体的改变、角膜的影响,以及年龄和老花眼有关调节的生物力学研究进行综述介绍。随着研究的进展,人眼调节机制的生物力学模型,将为调节理论、临床老花眼手术的确定奠定基础。     

Biomechanics

This review covers research achievements in the field of biomechanics that have been obtained in the past few years and provides information to researchers in other fields of study. This article is a translation of an article that appeared in The Japanese Journal of Artificial Organs 2007;36:204–206     

口腔生物力学2022年研究进展

从生物力学到力学生物学、再到力学学科与生命和医学前沿交叉领域的力医学，生物力学有力地推动着生物医学工程领域的发展，在现代疾病诊疗中扮演着举足轻重的角色。同样的，研究口腔生物力学有助于突破研究瓶颈和解决口腔临床难点问题。本文结合2022年口腔生物力学领域的最新进展，着重从口颌系统主要的力学器官及其相关的力医学两个部分探讨生物力学在口腔领域的发展和应用情况，并特别关注力学生物学调控和力治疗，探讨口腔生物力学的发展方向，以期助力口腔临床医学与口腔生物力学结合成果的转化与应用。     

康复工程生物力学2021年研究进展

康复工程与生物力学具有天然的密切联系,许多康复工程中的核心问题就是生物力学问题。2021年,康复工程生物力学领域的最新进展主要体现在康复设备和辅具拟人化设计的生物力学、人体接触界面的生物力学和人机动态交互的生物力学3个方面。本文结合2021年最新进展,总结康复工程生物力学的研究方法、主要应用和存在的问题,并探讨未来发展方向。     

生物力学课程教学中的多媒体应用探讨

生物力学作为一门多学科交叉的课程,具有知识点繁多、涉及领域广和发展迅速等特点,随之而来给生物力学教学带来了较大困难。如何在较短时间内让学生对生物力学产生兴趣,并了解基本研究背景和相关理论,是生物力学教学中非常重要的环节。多媒体的应用能够提升不同背景学生在课堂上的注意力,吸引他们的兴趣,并在较短的时间内直观而清晰地了解生物力学研究的背景和基本理论,但在多媒体的材料获取和选择,以及多媒体在教学课堂的具体使用方面仍有许多需要注意之处。多媒体与传统板书相结合,对于生物力学课程而言是较好的教学方式。     

康复工程中的生物力学问题

做好康复工作不仅能提高残疾人及老年人的生活素质,同时也可减轻家庭及社会的负担。我国经济的不断发展和人们生活质量的提高,将康复工作推向一个新的水准。生物力学是康复辅具设计与安装的重要基础。肢体康复的主要目的是最大限度地恢复失去的肢体支撑及运动功能,故了解力在体内及身体与支撑之间的传递非常重要。通过生物力学的研究,可以设计出优化的康复辅具及训练方案。本文综述了康复工程中生物力学研究的主要热点,包括人机界面生物力学和肌骨系统的运动动力学,以及其他的研究,如寻找适合的控制信号和先进的材料研发,为康复辅具的开发提供理论基础。