壁冠状动脉血流动力学体外模拟

目的 研究心肌桥压迫对壁冠状动脉内血流、正压力、周向应力、切应力的影响。方法 对原有的壁冠状动脉模拟装置进行较大改进,使其测量的血流动力学参数从单一应力（正应力）扩展到多种应力,以便更全面准确地模拟在正压力、周向应力、切应力共同作用下的真实血流动力学环境,从而综合考虑在多种应力共同作用下血流动力学规律与壁冠状动脉粥样硬化之间的关联。结果 壁冠状动脉模拟装置实验结果表明,应力的异常主要位于壁冠状动脉近端,随着心肌桥压迫程度加剧,近端的应力平均值与波动值明显增大,正应力平均值升高27.8%,波动值升高139%。结论 心肌桥压迫造成壁冠状动脉近端血流动力学发生异常,对认识冠脉粥样硬化发病的血流动力学机理具有重要意义,对于心肌桥的病理影响及治疗具有潜在的临床价值。     

主动型仿生腿的驱动控制与性能评测

利用气动人工肌肉作为仿生腿的驱动装置,通过方波、斜波等激励信号测试仿生腿的摆动状况,找到最佳输入曲线使仿生腿最大程度仿真真腿摆动,并将仿生腿摆动的角度时间曲线与人体正常步态曲线进行对比,得到了两组曲线吻合程度良好的结果,并分析了导致误差的原因.文章结果可为主动型仿生腿的设计提供理论依据.     

仿生人工膝关节机构的运动学分析

膝关节是人体最大最复杂的关节,而膝关节装置作为下肢假肢的核心部件,对仿生特性有较高的要求,文章基于仿生学原理,深入分析了本仿生膝关节的运动学特性,如滚动和滑动比例以及瞬心位置曲线等,进一步研究接近正常运动规律的仿生膝关节。以人体膝关节运动规律为原型进行简化,提出了膝关节生物力学模型,分析了仿生膝关节的滑动比率和滚动比率以及瞬心位置的求法,对膝关节的瞬心曲线进行了探讨和计算公式的推导,以及滚动滑动比率的计算,并将其结果与人体膝关节参数进行比较,两者吻合程度较高。这对仿生人工膝关节的运动稳定性分析以及进一步研究其结构和功能具有理论指导意义,从而为深入研制仿生人工腿奠定基础。     

旋转式三维细胞培养装置的研制

背景：内皮细胞体外培养形成的单层内皮细胞能否抵抗血流的冲击,如何实现细胞均匀分布生长是实验中的常见问题。目的：针对背景问题,研制一种细胞培养装置,可提供细胞生长的三维环境,实现细胞贴硅胶弹性腔管壁生长,改善细胞的分布不均。方法：从控制单元、机械单元和细胞培养单元介绍了该装置的结构与功能,并利用该装置进行一例脐静脉内皮细胞培养实验。结果与结论：旋转式三维细胞培养装置为细胞代谢提供了一定条件,该装置培养的细胞能贴壁均匀,生长良好。     

壁冠状动脉血流动力学特性的实验模拟与理论研究

目的临床研究、动物实验和模拟试验都证实心肌桥在收缩期的压迫作用,可引起壁冠状动脉管腔狭窄,从而使流量、流速及压力发生变化,导致血流动力学特性的异常现象。作者从"水击"理沦的角度探讨冠状动脉心肌桥前端的压力和流速变化这一异常现象的力学背景。方法利用心肌桥模拟装置在收缩期中和舒张期初"水击"发生前后对壁冠状动脉血流动力学进行模拟并用一维水击波理论模型进行分析、计算,与正常情况下实验数据对比分析。结果壁冠状动脉近端收缩压的升高幅度、舒张期流速的升高幅度计算值与实验值基本一致。结论证实了壁冠状动脉血流动力学特性异常现象是由扰动引起的"水击"波。     

一种血管张应力体外加载装置的实验研究

目的研制一种血管张应力体外加载装置,研究弹性基底(硅胶片)上的张应力、张应变分布。方法基于基底形变加载技术,研制一种接近人体血液动力学环境的血管张应力体外加载装置。利用装置中的摄像机拍摄硅胶片拉伸前后硅胶片网格点的图像并转化为数字图像,使用Matlab软件对网格点的位置特征进行计算,从而得到硅胶片的应变分布。利用万能材料试验机对硅胶片进行实验和计算得到硅胶片的力学参数,根据力学参数建立有限元模型,并对硅胶片的张应力、张应变分布进行模拟计算。将实验结果和模拟结果进行比较。结果有限元结果和实验结果基本一致,张应力、张应变的最大值均出现在加载点处,中间区域应力、应变较为均匀。硅胶片中间60%面积区域可视为均匀应变场。结论研究结果可为后期血管壁内皮细胞的动态培养以及细胞力学研究提供实验技术。     

假肢步态实验平台设计

背景:目前对于假肢的评价还停留在主观感受,缺乏一套客观的评价系统,建立模拟人体运动的在线假肢参数检测系统对于假肢性能的评价、假肢研究设计具有重要意义。目的:实现假肢的多种步态运动,并通过运动学、动力学数据的比对,评价其仿真程度。方法:根据仿生学原理,将下肢假肢简化成四杆四轴的力学模型,利用采集得到的多种步态模式,驱动下肢假肢运动,并搭建动态力学测试平台,实时测量假肢运动的地面垂直反力和前后剪力。结果与结论:假肢步态运动,髋膝关节的变化曲线与正常步态数据相一致,而其地面垂直反力与前后剪力也与正常人体相接近。提示假肢步态实验平台模拟了下肢假肢步态运动,并实时采集假肢运动的多项运动学、动力学参数,具备较高的仿真程度。     

制备工艺对同种异体骨生物力学特性影响的研究

目的 研究五种不同制备工艺对同种异体骨生物力学特性的影响。方法 将新鲜尸体的股骨经过预处理后,制成形状大小相同的骨块移植材料,采用五种不同制备工艺进行处理,经深低温冷冻保存,一个月后取出进行生物力学实验。结果 不同制备工艺下同种异体骨所承受的最大压缩载荷范围在1.1KN-2.1KN之间,所承受的最大屈服应力值位于4.5MPa-9.5MPa之间。结论 不同制备工艺对骨的屈服应力、弹性应变量及弹性模量等生物力学参数均有不同程度的影响,但形状和结构相似的同种异体骨,应力—应变曲线的变化趋势相同,实验数据可为临床应用同种异体骨材料提供理论依据。     

心肌桥-壁冠状动脉血流动力学模型的设计和制作

根据流体力学原理并结合冠状动脉血流的特点,设计并研制心肌桥-壁冠状动脉血流动力学模型,使得能够在有效设定和控制各种不同参数的实验条件下,全面和系统地模拟心肌桥对壁冠状动脉血流动力学的影响,为进一步研究不同条件下心肌桥对壁冠状动脉血流的影响提供前期工作基础。     

狭窄动脉流固耦合模型Ansys/CFX数值的有限元分析

目的：研究狭窄动脉流固耦合模型刚性与弹性管壁受脉冲压力载荷时不同剪应力分布及管壁变形量。方法：建立动脉管壁/血液耦合模型，采用有限元法，利用ANSYS CFX的FSI流固耦合高级分析技术模拟出在脉冲压下管壁剪应力分布和变形情况。结果：模拟出弹性血管内的壁面剪应力要比刚性管内的减小明显，位移比刚性管壁的位移要大。结论：刚性管壁无法对人体正常生理状态进行比较好的模拟，由其耦合计算所得的一些结论与实际情况差距较大。数值分析中将结构钢作为刚性管，所得变形量小到可以忽略不计，因此在实验中可将其作为理想化的刚性管。模拟所得刚性管壁剪应力较大，加速内皮细胞的损伤，促进动脉硬化，引起更大的剪应力，恶性循环。该研究为动脉硬化机理的探索提供了更为快捷有效的方法。