制药过程单元操作的数值模拟研究进展

数值模拟技术应用于单元操作的研究主要集中在化工和食品行业,将数值模拟技术用于制药过程单元操作的研究,能够解决制药过程中存在的关键问题,在节约成本的同时、也为完善设备结构设计和工艺流程的改进提供了理论依据。为保证理论模型数值模拟结果的可靠性,需用试验结果对其加以验证。     

基于冠状动脉形状阻力的血流储备分数数值模拟

目的构建一种将狭窄形状阻力作为边界条件的无创计算血流储备分数(FFRCT)的方法,检验其计算准确性。方法取16例患者冠状动脉CT血管造影图像进行三维重建;考虑狭窄最小横截面积、狭窄长度构建形状阻力的数学模型,并以此造成的压力差作为边界条件加载到FFRCT计算中(简称形状阻力法)。以临床FFR值作为金标准,从平均误差率、准确率、敏感性以及阳性、阴性预测率5个方面,对照以往的管径法和体积法,分析形状阻力法的准确性。结果基于管径法、体积法、形状阻力法计算FFRCT平均误差率分别为11.76%、10.46%、4.82%,准确率分别为85%、65%、90%,敏感性分别为85.7%、66.7%、87.5%,阳性预测率分别为75%、25%、87.5%,阴性预测率均为91.6%。结论从平均误差率、准确率、敏感性、阳性预测率方面,所建立的形状阻力法均优于管径法和体积法,形状阻力法计算的FFRCT与临床实测FFR具有良好的一致性,为FFRCT的计算和应用提供一种新方法。     

胶原纤维束对软骨力学性能的影响

目的 研究胶原纤维束对软骨力学性能的影响,为临床医生指导早期软骨损伤患者的康复运动提供参考。方法 建立一种纤维增强的多孔黏弹性二维数值模型,考虑纤维分布、弹性模量、孔隙率和渗透率随软骨深度的变化关系。研究纤维束局部断裂和从表面渐进断裂以及纤维束尺寸对软骨力学性能的影响,获得软骨基质的最大主应变。结果 基质的最大主应变出现在软骨中层靠上某个位置,此位置不受纤维断裂模式和纤维束尺寸的影响。含较粗纤维束软骨的应变降低。结论 软骨中层易发生力学损伤,纤维束增粗可以降低基质的最大主应变,一旦纤维束发生断裂,较粗纤维束的软骨的基质最大主应变更大,使软骨更易发生损伤演化情况。     

3D打印钛合金骨小梁多孔结构的拉伸性能

文题释义：3D打印：3D打印技术开创了增材制造的生产方式,即依照3D设计蓝图可将金属粉末等原材料逐层堆积而制成最终产品,擅长构建形状结构复杂的产品与个体化定制,制作特异性假体或植入物,供植入以达到重建等目的,在骨科领域得到了广泛应用。 钛合金骨小梁：是以钛合金粉末为原材料,采用金属3D打印技术通过金属微粒逐层熔融叠加生成的一种类人体骨小梁三维空间网孔结构,其力学性能和生物学性能和人体的松质骨骨小梁极为相似,作为人工植入假体的表面结构,具有非常出色的骨长入效果。 背景：3D打印钛合金多孔结构以其良好的机械性能和生物相容性已经在骨科植入假体设计与临床应用方面得到了快速发展,与涂层假体相比,钛合金骨小梁结构具有骨长入快和骨长入好的优点。为了保证骨科植入物的安全,目前多采用实验方式确定骨小梁结构的拉伸、剪切疲劳和弯曲疲劳强度。 目的：通过力学实验和有限元数值模拟方法研究骨小梁多孔结构的力学性能。 方法：①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验：设计并制备3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,骨小梁结构的丝径为0.28-0.35 mm、孔径为0.71 mm、孔隙率为73%。检测钛合金骨小梁结构的拉伸强度,分析其失效机制,同时分析不同打印位置对骨小梁拉伸强度的影响。②数值模拟实验：利用有限元方法建立包括骨小梁理论结构的拉伸试件实体模型,模拟骨小梁试件的拉伸破坏过程。 结果与结论：①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件的极限载荷分布在39.55-47.11 kN之间,等效极限拉伸应力分布在62.79-74.53 MPa之间,拉伸破坏的结果为网状结构断裂,说明钛合金骨小梁具有较高的拉伸强度;②3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验与数值模拟实验均显示,骨小梁试件受到拉伸破坏时的破坏形式为丝径断裂,不会在骨小梁与钛合金实体的结合面发生断裂;③数值模拟实验中骨小梁试件的拉伸破坏载荷低于3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,造成该差异的原因主要为：3D打印骨小梁试件的丝径(280-350 μm之间)大于骨小梁的理论丝径(142 μm),而孔径(孔隙率75%)小于骨小梁的理论孔径(孔隙率96%)。 ORCID: 0000-0001-7000-2093(张兰) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

冠状动脉旁路移植术后竞争血流对桥血管血流动力学的影响

目的 研究冠状动脉旁路移植术后,不同程度竞争血流对左侧胸廓内动脉管壁壁面切应力(wall shear stress, WSS)的影响。方法 基于阈值分割方法,通过采用SimVascular软件从CT图像提取并重建左侧胸廓内动脉(left internal mammary artery, LIMA) 左前降支（left anterior descending, LAD）吻合口模型。根据LAD的狭窄程度将竞争血流分为无竞争（100%狭窄）、轻度竞争（50%、75%狭窄）和高度竞争血流（0%、30%狭窄）3组。通过数值模拟方法观察上述情况下吻合口模型的血流动力学表现。结果 随着竞争血流的增加,LIMA桥血管管壁WSS逐渐降低,但是震荡程度逐渐增加。高度竞争血流组LIMA管壁平均WSS（0%狭窄：2.73 Pa,30%狭窄：2.85 Pa）明显低于轻度竞争血流组（50%狭窄：4.77 Pa,75%狭窄：6.01 Pa）和无竞争血流组(100%狭窄：8.64 Pa);而其震荡剪切指数(oscillatory shear index, OSI)（0%狭窄：0.206,30%狭窄：0.085）却明显高于轻度竞争血流组（50%狭窄：0.014,75%狭窄：0.013）和无竞争血流组(100%狭窄：0.006)。结论 当LAD狭窄程度小于50%时,大量的竞争血流会使LIMA管壁WSS明显降低,并且呈剧烈震荡的状态,这种不利的WSS表现会影响LIMA的远期通畅率,并造成手术远期疗效的下降。     

磁共振弥散加权成像及表观弥散系数在儿童脑梗死中的诊断价值

目的探讨磁共振弥散加权成像（diffusionweightedmagneticresonanceimaging,DWI）及表观弥散系数（apparent diffusion coefficient,ADC）在脑梗死不同时期诊断及判断脑梗死转归中的价值。方法对26例患儿按发病就诊时间分为l期（0—72h）11例次,Ⅱ期（4-10d）12例次,Ⅲ期（10d以后）9例次,其中3例为复查,3例为复发脑梗死,共计29例次。对每例患儿进行MRI的T1加权像、配加权像、DWI序列扫描检查及ADC图像重建,于ADC图上取1个感兴趣区（regionsofinterest,ROI）,计算出ROI的平均ADC值,同样的方法计算出镜像健侧相对应区的平均ADC值,并计算平均相对ADC值。结果DWI图像改变I期全部病例均呈现高信号;Ⅱ期11例次呈现高信号,1例次为低信号;Ⅲ期1例次为正常信号,1例次为高信号,2例次为混杂信号,1例次较前减低,其余均为低信号。在I期患儿ROI平均ADC值较对侧相应区域平均ADC值均下降,随着时间的发展Ⅱ期、Ⅲ期平均ADC值逐渐升高,梗死灶I期、Ⅱ期、Ⅲ期平均ADC值分别为0．434×10^-3mm2／s、0．653×10^-3mm2／s、1．600×10^-3mm2／s,对侧相应区域平均ADC值分别为0．938×10^-3mm2／s、0．814×10^-3mm2／s、0．757×10^-3mm2／s;Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期相对ADC平均值随着时间发展逐渐升高,分别为（51．5±16．8）％、（79．2±30．0）％、（210．9±45．1）％,差异均有统计学意义（P均〈0．05）。结论弥散加权MRI及ADC平均值对脑梗死早期诊断具有重要价值;脑梗死病灶ADC值和相对ADC值在时间上的变化规律为准确地判断脑梗死时期提供客观依据;弥散加权MRI及ADC平均值能为临床治疗及判断预后提供有效手段。     

冠状动脉搭桥血流动力学数值模拟

目的深入研究缝合区附近的血流动力学特性,这对于了解内膜增生的发生机制以及提高冠状动脉搭桥畅通率有重要的指导与临床意义。方法通过运用三维重建软件和逆向工程软件从CT医学图像中重建出弯曲冠状动脉模型,并考虑移植管缝合到冠状动脉上时端口的变形。采用有限体积法数值研究的方法,模拟冠状动脉搭桥术中下游缝合区附近的血液流动的流场。结果临床上常出现内膜增生的位置都存在不正常的血流动力学现象,缝合前端和缝合后端都出现了严重的回流现象。结论在冠状动脉旁路移植术中,移值管远端应缝合到曲率较小的冠状动脉上。     

标准差的意义

在分析一组观察值或数据时，仅计算其均数或其中位数仍不能说明两组各数值的分散程度，例如有的组各数值大小悬殊很大，有的组各数值大小近似。此时只有用均数±标准差（x^-±s）结合起来，才能更全面地表示两组各数值的集中趋势和分散程度。     

统计学符号、统计学方法及数值修约书写要求

按GB3358-82《统计学名词及符号》的有关规定书写，常用如下：（1）样本的算术平均数用英文小写X^-（中位数仍用M）；（2）标准差用英文小写s；（3）标准误用英文小写sx^-；（4）t检验用英文小写t；（5）F检验用英文大写F；（6）卡方检验用希文小写x^2；（7）相关系数用英文小写r；（8）自由度用希文小写v；（9）概率用英文大写P（P值前应给出具体检验值，如t值、x^2值、q值等）。以上符号均用斜体。