外柱细胞软化对Corti器感音影响的生物力学研究

Corti器的感音过程容易受到内部结构属性变化的影响。外柱细胞血管舒张刺激磷蛋白缺失会减缓肌动蛋白丝的形成,从而产生听力延迟。本研究运用COMSOL建立三维有限元模型研究肌动蛋白缺失导致外柱细胞软化时,Corti器感音过程中基底膜和外毛细胞与Deiters细胞结合点的力学行为变化。结果表明,外柱细胞软化会削弱外毛细胞主动力对基底膜位移增益的放大作用,但削弱作用并不会立即产生,Corti器存在维持正常功能的"缓冲"阶段。在100 dB和120 dB之间可能存在一个声压级临界值,在该临界值两侧外柱细胞软化对基底膜应力变化的影响是截然相反的。另外外柱细胞软化对不同外毛细胞与Deiters细胞结合点力学行为的影响也不同,位移增益优先级会因此产生改变。     

前牙唇面微观纹理的测量技术研究

目的开发小尺度三维形貌测试系统,测量前牙唇面的天然纹理特征,为个性化牙齿修复技术提供实用数据。方法结合体视显微镜及三维数字图像相关方法,研制适用于小尺度物体三维形貌测量的测试系统及软件,评价系统测量精度,测量人体上颌左侧侧切牙唇面的三维形貌特征。结果在17 mm×12 mm的视野范围下,测试系统的精度在面内为0.6μm,离面为5.4μm。测得牙列唇面两条横纹的物理尺寸,其中,长横纹深度83μm,长度5.28 mm;短横纹深度41μm,长度4.24 mm,两条横纹的间距2.85 mm。结论小尺度三维形貌测试系统可以精确测量牙唇面的微观纹理特征。     

双链DNA生物膜弹性模量的蒙特卡罗模拟

目的 研究吸附于微悬臂梁基底上双链DNA生物膜的弹性模量。方法 采用基于中观连续介质液晶理论的Parsegian经验势,描述粗粒化DNA圆柱之间相互作用能;采用蒙特卡罗法模拟加载前后DNA链的微观分布模式;采用思想实验法和宏观连续介质压缩弹性杆模型,预测DNA生物膜弹性模量。结果 双链DNA生物膜的弹性模量约为0.1~80 MPa。结论对比随机分布模式,经典的六角形均匀分布假设低估了DNA生物膜的弹性模量;封装密度的增加和缓冲盐溶液浓度的减小均有助于提高DNA生物膜弹性模量。这些结果对进一步认识临床工作中相关DNA生物膜的力学性质及其调控规律具有重要意义。     

运用数字体相关方法追踪呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔的运动

目的 研究数字体相关（digital volume correlation,DVC）方法测量肺部肿瘤和胸腔随患者呼吸运动的变形及位移情况的可行性。方法 利用DVC跟踪胸腔内组织三维运动的算法,通过四维CT成像技术拍摄肺癌患者一个完整的呼吸过程。以吸气开始为初始状态,确定肿瘤和胸腔位置,运用DVC软件,分析初始状态下肺部4个特征体域在20%、40%、60%、80%和100%呼吸相位下以及胸腔上4个特征体域在100%呼吸相位下的三维位移值。结果 肿瘤的位移和变形的误差在1 mm以内,胸腔的位移和变形的误差在0.5 mm以内;肿瘤在呼吸过程中沿人体竖直方向运动最大,胸腔在吸气结束时刻沿人体前后方向运动最大。结论 DVC测试技术可用于检测呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔等胸部组织的位移和变形情况。本研究为基于DVC方法实现肺部肿瘤无创、非射线、实时的图像引导放射治疗提供了依据。     

神经系统轴突三维定向生长的数值模拟

目的研究轴突在三维组织中的定向生长问题,探讨轴突沿非平坦基底定向生长时基底的低起伏程度对轴突的生长速率、成束和解束速率的影响。方法根据实验观察,设轴突生长的牵引力与靶细胞分泌的可扩散吸引分子的浓度梯度成正比,轴突成束和解束的侧向力与生长锥分泌的可扩散吸引分子和排斥分子的浓度梯度成正比,并且,吸引力指向浓度高的方向,排斥力指向浓度低的方向,浓度满足扩散方程。对于非平坦基底,有效力为沿基底轮廓线的切向分量。数值计算采用三维有限差分法和改进的Euler法。结果(1)轴突在三维组织中定向生长的基本特征与在二维培养基实验中的观察是一致的,只是在形态上有三维与二维之分;(2)非平坦基底的低起伏程度影响轴突的生长,随着起伏加剧,生长锥的前进速率减小、侧向速率增加。结论(1)许多基于二维培养实验所揭示的轴突生长的基本规律在三维情况下仍然是成立的;(2)基底的几何性质是影响轴突生长速率的重要因素之一。     

神经系统轴突生长的数值模拟

目的数值模拟神经系统在发育过程中轴突的生长情况。方法根据神经发育原理,建立具有一定刚性的非线性混合抛物型偏微分方程组,运用ADI差分格式和改进的欧拉法作数值分析。结果 (1)在一个正方形平面区域内有10个轴突以相等的间距围成圆形,当中心有1个靶细胞时,轴突生长路径的数值模拟结果与前人所做的有关结果一致;(2)轴突的初始位置同(1),当中央有4个两两上下并排分布的靶细胞时,数值模拟结果很好地反映了轴突生长时的趋化性;(3)在区域的近上、下边界分别有一串靶细胞和一串轴突时,数值模拟结果较好地反映了轴突结集生长时的成束和解束现象。结论本文给出的数学模型和数值主法能够较好地模拟有关实验所观测到的主要现象。     

生物硬组织材料力学研究方法进展

研究生物硬组织材料的力学性质对于预防和治疗骨科和口腔疾病具有重要意义。同时,经过长期的进化,生物材料具有独特的力学性质,研究这些材料的结构与力学性质可以为工程材料的设计提供解决方案。与工程材料不同,生物材料的力学研究需要采用特殊的方法来准确描述其力学性质。本文针对生物硬组织材料力学性质的研究方法进行综述,包括生物硬组织材料的常规力学实验方法、断裂力学和压痕测试技术,以及微观和宏观力学数值模拟技术。     

孔边裂纹J积分换效评定曲线

计算了单边椭圆缺口试件高应变区裂纹的Ｊ答分失效评定曲线，考察了影响ＦＡＣ的几种因素。结果表明：在外加载荷与塑性屈服载荷这比≤１．０时，用Ｒ６通用失效评定曲线进行结构高应变区裂纹断裂评定与疲劳剩余寿命估算是安全的。     

孔边裂纹J积分失效评定曲线

计算了单边椭圆缺口试件（ＳＥＮＣＰ）高应变区裂纹的Ｊ积分失效评定曲线（ＦＡＣ），考察了影响ＦＡＣ的几种因素。结果表明：在外加载荷与塑性屈服载荷之比（Ｌｒ）１．０时，用Ｒ６通用失效评定曲线进行结构高应变区裂纹断裂评定与疲劳剩余寿命估算是安全的。     

下颌第一磨牙全瓷冠三维有限元建模及力学分析

目的：使用一种新方法建立下颌第一磨牙双层全瓷冠的三维有限元模型。方法：以两种不同比例的硫酸钡与自凝塑料混合物来代替陶瓷制作双层全瓷冠,经Micro-CT扫描获取图像,Simpleware软件建模,Geomagic软件光滑处理,Ansys11．0分析软件进行网格划分及分析。实验模拟牙尖交错耠的功能状态进行应力力学计算分析。结果：建立了下颌第一磨牙双层全瓷冠的三维有限元模型,单元数800491,节点数1128058。全瓷冠第一主应力的分布从高到低依次为：载荷相应核瓷组织面（38．12MPa）、饰瓷加载点周围（26．71MPa）、加载侧肩台核瓷内表面（17．98MPa）,其余部分的应力分布均匀且较低。结论：将显影塑料代替双层全瓷冠并用Micro—CT扫描,通过Simple、Geomagic、Ansys软件建模的方法可行,为全瓷冠有限元的分析提供了一种更精确、简便的建模方法。应力分析提示全瓷冠咬合接触点、颈部肩台及核瓷组织面是张应力集区域。