具有双特征时间参数的生物软组织黏弹性性质的理论研究

目的 探索描述生物软组织黏弹性特性的普遍行为或规律。方法 根据生物软组织的力学结构,构建由两个线性弹簧和两个黏壶的不同组合构成的四元件黏弹性结构模型;并通过弹性理论,结合不同黏弹性模型的几何构型推导其运动微分方程,利用其微分方程分析不同四元件模型的应力松弛和蠕变行为以及反映弹性和黏性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间。结果 所有可能的四元件黏弹性模型都具有普遍的本构关系、应力松弛和蠕变函数形式。通过比较模型预测结果与主动脉瓣、韧带和脑动脉等生物软组织的实验数据发现,四元件黏弹性模型能够很好地描述生物软组织的力学行为。“快”和“慢”两个特征时间τ1和τ2对生物软组织的应力松弛具有显著的影响。“快”松弛时间τ1对应力达到稳定态所需时间有明显的影响,而“慢”松弛时间τ2对松弛率的影响不显著,但对应力松弛的稳定态有明显的影响。结论 生物软组织的时间依赖性行为可以通过两个特征时间尺度来表征,即“快”和“慢”时间;且具有两个特征时间的生物软组织的应力 应变关系、应力松弛和蠕变函数具有相同的数学形式,这与所选择的弹簧和黏壶的配置和排列无关,但为保证模型力学参数的合理性,针对不同的生物软组织应选取适合的模型。     

改性玻璃离子水门汀应力松弛蠕变实验

文题释义：黏弹性力学：连续介质力学的重要分支,又称黏弹性理论,研究黏弹性物质的力学行为、本构关系及其破坏规律,以及黏弹性体在外力和其他因素作用下的变形和应力分布。聚合物、混凝土、金属、岩石、土壤、石油、肌肉、血液和骨骼等,在一定条件下既具有弹性性质又具有黏性性质,这种兼具弹性和黏性性质的材料称为黏弹性材料,含黏弹性固体与黏弹性流体,又可分为线性黏弹性体和非线性黏弹性体。线性黏弹性体的两种极端情况即为胡克体(遵循胡克定律)和牛顿流体(遵循牛顿粘性定律)。 生物力学：是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支,其研究范围从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等),从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等。 物力学的基础是能量守恒、动量定律、质量守恒三定律并加上描写物性的本构方程。生物力学研究的重点是与生理学、医学有关的力学问题,依研究对象的不同可分为生物流体力学、生物固体力学和运动生物力学等。 背景：以往对改性玻璃离子水门汀的力学性能研究多以压缩、弯曲实验居多,关于玻璃离子水门汀加入锶羟基磷灰石后的应力松弛、蠕变实验研究鲜有报道。 目的：对比分析传统玻璃离子水门汀、复合树脂釉质粘接剂、改性玻璃离子水门汀的应力松弛、蠕变特性。 方法：按质量比15%向玻璃离子水门汀中加入掺锶羟基磷灰石,制备改性玻璃离子水门汀。制作改性玻璃离子水门汀、复合树脂釉质粘接剂与传统玻璃离子水门汀试样,3组各取10个试样进行应力松弛实验,另取10个试样进行蠕变实验。 结果与结论：①应力松弛实验7 200 s时,传统玻璃离子水门汀组应力下降了1.18 MPa,复合树脂釉质粘接剂组应力下降了1.39 MPa,掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组应力下降了1.38 MPa;传统玻璃离子水门汀组应力下降量小于掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组、复合树脂釉质粘接剂组(P < 0.05),掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组和复合树脂釉质粘接剂组应力下降量无差异(P > 0.05)。②蠕变实验7 200 s时,传统玻璃离子水门汀组应变上升了0.24%,复合树脂釉质粘接剂组应变上升了0.33%,掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组应变上升了0.32%;传统玻璃离子水门汀组应变上升量小于掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组、复合树脂釉质粘接剂组(P < 0.05),掺锶羟基磷灰石复合玻璃离子水门汀组试和复合树脂釉质粘接剂组应变上升量无差异(P > 0.05)。③结果表明,15%掺锶羟基磷灰石提高和改善了玻璃离子水门汀的黏弹特性,有利于其与黏结物体的黏结,有利于提高黏结强度。 ORCID: 0000-0003-1024-5733(丁洁) 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     

正常与病态手指屈肌腱蠕变实验研究

大骨节病主要侵犯发育期青少年关节系统,四肢关节增粗及肌肉萎缩、疼痛、短肢(指)及活动功能障碍[1],是一种地方性变形性骨关节病[2]。手指屈肌腱需要围绕一些角度工作或弯曲。因而在这些部位有滑车或环状韧带为鞘的一部分。腱的附着结构类似于韧带,也和韧带一样有四个区段[3]:     

非线性模型在椎间盘黏弹性特性分析中的应用

目的 构建变参数非线性模型,研究人体椎间盘在循环应变状态下的应力松弛特性。方法 采用变参数非线性模型结合椎间盘应力松弛和蠕变反应的实验数据,研究循环应变状态下椎间盘的应力松弛特性,比较线性与非线性模型在循环状态下椎间盘黏弹性特性的差异。结果 采用变参数非线性模型得出的循环模量和松弛系数在0.01Hz循环状态下与实验模型非常接近,得出的循环模量在0.1和1 Hz下也与实验值相近,但是得出的松弛系数在0.1和1 Hz下失真严重。结论 在压缩应变作用下椎间盘经历的是一个非线性的应力行为,非线性变参数模型更符合研究在循环应变下椎间盘应力松弛反应的需要。     

气管软骨蠕变实验的研究

以蠕变的方法研究气管软骨的蠕变特性,为研究新型人工气管材料和临床气管损伤移植提供气管软骨的蠕变特性参数。以电子万能试验机对10个人尸体气管软骨试样进行蠕变实验,蠕变实验应力增加速度为0.05 GPa/min,实验温度为36.5±1℃,设定实验时间7 200 s,采集100个实验数据,以归一化分析的方法处理实验数据。结果表明,气管软骨7 200 s应变上升了9.6%,气管软骨蠕变曲线是以指数关系变化的。本实验人气管软骨和以往报道的犬气管软骨具有不同的的蠕变特性。     

三参数模型计算股骨颈松质骨压缩蠕变方程

背景：无论是人工关节的研究还是股骨颈骨折内外固定都需要了解股骨颈松质骨的蠕变力学特性。 目的：通过实验定量得出股骨颈蠕变与时间的变化规律。 方法：在电子万能试验机上对股骨颈松质骨8个试样进行蠕变实验。模拟人体体温36.5 ℃的温度场下进行实验,蠕变实验的应力增加速度为0.11 MPa/s。设定实验时间为7 200 s,采集100个数据以三参数模型处理实验数据。 结果与结论：股骨颈松质骨蠕变,最初600 s变化较快,之后应变缓慢上升,7 200 s蠕变量为0.84%。结果显示蠕变曲线是以指数关系变化的,三参数模型能很好的拟合股骨颈松质骨的蠕变曲线和方程。     

1000/模拟坐骨神经损伤以自体神经吻接与以人羊膜吻接的流变特性

坐骨神经为生物黏弹性固体,其黏弹性特点主要以应力松弛和蠕变为表现形式。由此,我们模拟坐骨神经损伤,对比分析以自体神经吻接和以人羊膜吻接后的应力松弛蠕变特性。结果显示,以人羊膜管吻接损伤坐骨神经的7200s应力下降量和7200s应变上升量均明显大于以自体神经吻接。说明以人羊膜管吻接后的神经具有很好的流变特性,利于损伤神经的再生。     

正常与病态股骨头应力松弛蠕变流变特性研究进展

骨力学是生物力学的分支,其研究已有100多年历史.近年来关于密质骨力学性质研究国内外学者做了大量研究[1～5],关于松质骨的力学性质国内外学者也作了一定研究[6～11],与密质骨的研究比较,对松质骨的研究要少得多,研究深度也远不如密质骨,只有很少报道涉及松质骨的黏弹性行为.股骨头位于股骨上端与髋臼组成髋关节,股骨头是维持髋关节稳定的重要结构,是承受和传递载荷的枢纽,股骨头主要由软骨、密质骨和松质骨组成,其中松质骨占比重较大.本文对股骨头生物力学研究作一综述.     

大骨节病对股骨头软骨蠕变特性影响的实验研究

大骨节病的病理改变主要为关节软骨和骺板软骨深层软骨细胞坏死,导致骨软骨发育障碍,继发性变形骨关节病,是骨关节病和软骨疾患的一个较为特殊的类型。骨关节病(亦称骨关节炎Osteoarthritis,OA)是一系列导致OA征象疾病的总称,其以关节软骨退化为特点,导致软骨基质降解、软骨细胞死亡和关节完整性破坏犤1犦。1材料与方法1.1材料实验所用正常对照组8个标本,均为男性,年龄19～28岁,病态组2个标本,男性,年龄20岁。两组标本均取自急性头部外伤致死的新鲜尸体,死亡后2h之内解剖,取下股骨头,用生理盐水浸湿的纱布包裹标本,置于-20℃冰箱内保存3～…     

Experimental Study on Stress Relaxation and Creep Properties of Human Thoracolumbar Vertebral Bodies and Intervertebral Discs

Objective：Underwater shock can produce extremely high accelerations, resulting in severe human injuries on shipboard, and human thoraco lumbar spines are prone to suffer from injuries by ship shock motion. To observe the viscoelasticity of thoracolumbar of young fresh cadavers, and to provide biomechanical parameters for both research and clinical practice. Materials and Methods：5 fresh young male cadavers （aged 22 to 31 years） were provided, and 15 thoracolumbar spinal anatomies of 5 samples were harvested within 1 hour of death. WE-10A universal testing machine was used for creep and relaxation tests.Results：Stress relaxation and creep deformation equations are derived from the biomechanics model and the measured and simulated curves are compared. The creep in vertebral bodies and intervertebral discs exhibited significantly changes in the first 5 min and 10 min, respectively. The stress rapidly decreased in the first 2 min, and then gradually went balance during the relaxation process. Conclusion：The change in creep rate is significant at early stage,and gradually slows down.This indicates that the differences between internal pressure and local pressure are decreased until balance. The simulated curve derived from equation coincides with the experimental data to a large degree, which states that the equation is rational and reliable.