一种新的生物瓣材料——Ⅶ.醛固定剂对牦牛心包流变性能的影响

本文用软组织生物材料试验机,在37℃生理盐水环境下研究醛固定剂对牦牛心包材料应力—应变和应力松弛等性能的影响。实验结果表明:(1)用戊二醛固定的心包试样,其应力松弛明显地比新鲜试样小。固定后戊二醛使胶原纤维在低应变下的应力增加,并有超高形变出现。(2)甲醛的交联作用在PH7.5附近产生。甲醛在形成交联的同时还引起心包中基质的固化,致使试样变硬,在受拉时常呈脆性断裂,断裂伸长率减小。用0.625％甲醛处理的试样交联度低,而用1.2％和5％甲醛处理的则有较高的交联度。(3)固定后的材料,在抗张强度上均有不同程度的降低。     

新型腔静脉滤器过滤柱结构参数对其力学性能的影响

利用有限元分析法针对一款新型腔静脉滤器的植入过程进行显示动态分析,揭示滤器过滤柱角度、长度、宽度和厚度对其力学性能和血管内壁面的影响规律。结果显示,滤器高应力及高应变区域主要集中在过滤柱和过滤丝连接处,随着过滤柱角度的增加,滤器壁面最大等效应力和最大弹性应变减小,血管壁面最大等效应力增大;随着过滤柱长度的增大,滤器壁面最大等效应力和应变峰值也增大,血管壁最大等效应力反而减小;随着过滤柱宽度和厚度的增大,其滤器壁面最大等效应力、最大弹性应变以及血管壁最大等效应力均呈上升趋势。所有滤器模型的静安全系数均大于1,植入血管后结构安全可靠。通过本文研究结果,期待可为新型腔静脉滤器结构优化及变形机制的研究提供相应的理论依据。     

基于有限元的骨组织工程支架结构力学性能优化分析

目的 分析骨组织工程支架微孔参数对支架力学性能的影响,为支架微孔结构的优化设计提供参考依据。方法 利用ANYSY软件建立支架微孔结构有限元模型,计算最大等效应力、最大总变形与孔隙率的关系,并分析比较不同孔径、孔间距结构对支架最大等效应力、最大总变形、内部应变的影响。结果 x、y轴方向孔间距的影响规律一致,随着孔间距从0.6 mm增加到2.0 mm,最大等效应力从63.1 MPa减小到46.3 MPa,最大总变形从23.8 μm减小到21.8 μm,最佳应变比从80%增大到84%;但随着z轴方向孔间距的增大,最大等效应力从38.3 MPa增大到47.8 MPa,最大总变形从20.8 μm增大到22.8 μm,最佳应变比在82%~85%波动。x,y轴方向孔径从0.1 mm增加到1.0 mm时,最大等效应力从32.4 MPa增大到78.4 MPa,最大总变形从19.9 μm增大到38.2 μm,最佳应变比从90%减小到53%;z轴方向孔径的增大会引起支架的最大等效应力从58.8 MPa减小到37.9 MPa,而最大总变形从23.3 μm增大到25.9 μm,最佳应变比从82%增大到87%。结论 支架孔隙率和最佳应变比越大,最大等效应力、最大总变形越小,支架生物性能和力学性能越好。研究结果对支架的结构设计和优化具有参考价值。     

循环加载下关节软骨的棘轮应变及理论预测

目的获得不同加载条件下关节软骨的棘轮应变,建立预测棘轮应变的理论模型,并对软骨的棘轮应变进行预测。方法将猪股骨远端滑车部的新鲜关节软骨作为研究对象,采用非接触式数字图像技术,测试循环压缩载荷下关节软骨的棘轮应变;建立预测棘轮应变的理论模型,对不同应力幅值和加载率下软骨的棘轮应变进行预测,并比较预测结果与实验结果。结果随循环圈数的增加,软骨的棘轮应变先快速增长然后趋于稳定;定加载率下,软骨的棘轮应变随应力幅值的增大而增大;定应力幅值下,棘轮应变随加载率的增大而减小。实验结果与建立的理论模型预测结果吻合良好。结论关节软骨的棘轮应变与应力幅值成正比,与加载率成反比。建立的理论模型可以预测软骨的棘轮行为,同时为组织工程软骨的构造提供指导。     

含裂纹缺损关节软骨的单轴准静态拉伸性能

背景:关节软骨一旦出现裂纹缺损其力学性能会发生改变,而先前研究中针对受损关节软骨的探究多集中在压缩,对于拉伸性能的研究较少。目的:预先在软骨层试样上制造裂纹缺损,测试其单轴准静态拉伸性能。方法:选取新鲜成年猪膝关节的关节软骨,制备含裂纹缺损的软骨试样,在不同应力率下(0.001,0.01,和0.1 MPa/s)测试其拉伸性能,在不同恒定应力下(1,2,3 MPa)测试其蠕变性能。结果与结论:①不同应力速率下的拉伸实验中,随着应力速率的增加,达到相同应变所需的应力逐渐增大,且试件的杨氏模量随应力率的增加而增加;②不同应力速率下含裂纹缺损关节软骨的拉伸应力-应变曲线不重合,说明含裂纹缺损关节软骨的拉伸性能具有率相关性;③不同恒定拉应力水平下的蠕变实验中,蠕变应变随着拉应力水平的提高而增大,蠕变柔量随拉应力水平的提高而降低,并且随着蠕变时间的推移蠕变应变先快速增加后缓慢增加;④结果表明,不同应力率和不同恒定应力对含裂纹缺损关节软骨的拉伸力学性能影响较大,该实验结果可为缺损关节软骨的修复提供力学参考。     

人体股前区皮肤生物力学特性的初步研究

采用ＨＬＣ－１型生物活组织力学试验机对正常成年人股前区皮肤进行生物力学测定。结果表明，股前区皮肤垂直于皮纹方向的应力与应变之间呈指数函数关系，当应变在１．２以内时，应变增加而应力增加不明显，而当应变大于１．２时，应力急剧增加。提示不论伤口缝合及植皮手术时皮肤应变范围应在１．２内为宜。     

激光免疫测定拉伸应变和加载时间对人牙周膜成纤维细胞形态和骨架的影响

通过体外人工培养人牙周膜成纤维细胞，对其施加不同时间不同值的机械拉仲应力应变，用激光扫描共聚焦显微镜和免疫荧光技术观察其结构变化情况，寻求应力应变和时间与细胞形态、骨架的关系。结果发现在应变值为0、0．8％、12％、16％各组，细胞和细胞核投影面积与加力时间和应变值呈正比；细胞骨架随着应变值的增加和加力时闻的延长而逐渐增粗、密度增加，排列更有规律；在应变值20％组，细胞和细胞核投影面积随着加力时间的增加而逐渐减少，细胞骨架结构变得模糊和紊乱，说明在机械拉仲应力应变作用下，人牙周膜成纤维细胞的形态和骨架发生了规律的改变。     

单轴压缩下松质骨的应力率和蠕变性能北大核心

背景:松质骨是一种多孔、非均质、各向异性和具有黏弹性的结构,是骨的重要组成部分。它在负载传输和能量吸收方面起着十分重要的作用。所以对松质骨的力学行为进行研究具有重要意义。目的:探讨单轴压缩实验中应力率对松质骨性能的影响以及不同应力值下松质骨的蠕变行为。方法:以新鲜的猪股骨松质骨为实验材料,施加不同的应力率,至试样的压缩应变达到5%卸载;在松质骨表面施加恒定的应力水平,并保持7 200 s,以便观察其蠕变应变变化。结果与结论:(1)单轴压缩实验中,在同一应变条件下,随着应力率的增加,应力值、杨氏模量也增加;(2)在不同的加载率作用下,松质骨的压缩应力-应变曲线不重合,说明松质骨的压缩力学性能具有率相关性;(3)在蠕变实验中,蠕变应变随着压缩的应力的增加而增加,蠕变柔量随着应力的增加反而减少;(4)轴压缩和蠕变实验结果说明,应力率和恒定应力水平对松质骨的力学性能影响很大,以上结果可以为如何避免松质骨损伤提供参考依据。     

终板凹陷角变化对腰椎运动节段生物力学影响的有限元分析

目的:研究终板凹陷程度变化对腰椎运动节段生物力学影响。方法:在以往建立的腰椎L4～5运动节段三维非线性有限元模型基础上,采用CAD方法精确构建三种不同终板凹陷角改变的有限元模型,有限元模型的椎间盘前凸角、小关节间隙等其余形态学参数及网格划分均保持一致。垂直压缩、屈曲、伸直、前后剪力5种载荷条件下,分别对三种有限元模型生物力学参数进行测试。结果:负载条件下,终板凹陷角增加、终板凹陷程度减小可导致终板-椎间盘界面应变减小,椎间盘刚度及髓核内压增加,椎间盘膨出、纤维环纤维张应力、纤维环基质应力、腰椎后部结构应力以及关节突接触力减小。结论:终板凹陷程度的减小增强了椎间盘对椎体的保护作用;同时可通过影响终板的形变减少对椎间盘的营养传递。     

无支架心包二尖瓣的有限元分析

目的　通过无支架心包二尖瓣与有架三叶生物瓣对比，利用有限元法计算，观察在左心室舒张期瞬时跨瓣压差作用下的瓣叶静态应力分布。方法　采用八节点曲线薄壳单元，考虑大应变以及瓣叶闭合过程的接触，应用Newton-Raphson方法求解有限元非线性方程。结果　瓣膜开启状态下两种瓣膜应力水平均不高。在峰值跨瓣压差15.96 kPa作用下，无架心包二尖瓣第一主应力分布均匀，无明显应力集中、平均第一主应力为0.040~0.149 MPa；有架三叶瓣在临床上易发生撕裂的部位明显应力集中，最大第一主应力为2.352 MPa，平均第一主应力为0.223~0.724 MPa，明显高于无架心包二尖瓣。结论　(2)对于几何曲面形状不规则，高度接触的无支架心包二尖瓣，首次采用有限元方法进行应力计算是有效可行的；(2)本研究的有支架心包三叶瓣有限元模型得到的应力分布与临床结果一致；(3)无架心包二尖瓣较有架心包三叶瓣应力分布明显合理，有益于防止瓣叶撕裂和钙化、延长寿命。     

致心包填塞的纵隔非精原生殖细胞肿瘤一例报告

报告一例以心包填塞为首发表现的成年纵隔非精原生殖细胞肿瘤患者的临床资料。患者临床表现为胸痛、咯血和晕厥;影像学提示前纵隔巨大占位,压迫主肺动脉,并侵犯心包,伴大量心包积液;血清甲胎蛋白(AFP)28 056 ng/mL,人绒毛膜促性腺激素β(βHCG)792 IU/L,乳酸脱氢酶(LDH)586 U/L,均升高;经过手术切除肿物,术后病理确诊为纵隔非精原生殖细胞肿瘤,侵犯心包。     

变应变率下的肌肉本构方程

目的在Hill肌肉三元素模型基础上推导应变率下的肌肉本构方程。方法在Hill三元素肌肉模型的基础上,利用微分和线性拟合的方法,最终获得了骨骼肌在不同应变率下的应力-应变本构方程。结果结果表明:在应变率|e|≤1下,骨骼肌的本构方程是随应变率不断变化的;当应变率|e|>1时,骨骼肌的本构方程并不受应变率的影响。同时,在|e|≤1下,应变率对应力的影响是随着应变的增加而不断减小的。结论研究结果将有助于利用有限元方法分析骨骼肌在变应变率作用下的受力情况。     

Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸复合支架的制备及力学性能检测北大核心

背景:Ⅱ型胶原、丝素蛋白和透明质酸3种天然生物可降解材料能够为细胞提供理想的微环境,已成为理想的软骨修复支架材料。目的:将Ⅱ型胶原、丝素蛋白和透明质酸3种材料制备成软骨组织工程支架,评价其理化性质及生物力学性能。方法:采用低温3D打印技术制备Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸复合支架,检测其微观结构、孔隙率与吸水膨胀率。采用不同的应变率对该复合支架进行压缩实验,考察支架的率相关性能;在该复合支架表面施加恒定的应力水平或恒定的应变,保持3600 s,观察其蠕变应变变化及应力松弛行为。结果与结论:①Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸复合支架呈三维多孔结构,孔径大小一致,相通性好,孔隙率为(85.1±1.6)%,吸水膨胀率为(1071.7±131.6)%;②在不同的应变率作用下,软骨支架的压缩应力-应变曲线不重合,说明软骨支架的压缩力学性能具有率相关性;随着应变率的增加,复合支架的杨氏模量增加;③当应力水平恒定时,复合支架的蠕变应变呈现先快速增加后缓慢增加的趋势,当应力水平增加时蠕变应变也增加;④当压缩应变恒定时,支架的应力随着松弛时间先快速降低后缓慢降低,随着压缩应变的增大,不同时刻的应力都增大;⑤力学性能实验表明,制备的Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸软骨支架力学性能特征与宿主软骨组织相似,都是非线性黏弹性材料。     

垂直应力作用下骨盆旋转位时的生物力学研究

目的运用生物力学实验技术在扭转实验机上对垂直并旋转不稳定型骨盆骨折的生物力学特点及其发病机制进行了初步探讨。方法选取正常成人骨盆实验标本12具,模拟正常人在单纯垂直应力作用下、单纯旋转应力作用下、垂直并旋转应力作用下、不同工况时,骶髂关节、髋臼、耻骨支等骨盆关键部位的受力状况,用应变仪获得骨盆各关键点的主应变、主方向,以及骨盆的极限应力及极限扭矩。结果①单纯垂直压缩状态下,在骨盆环结构中,骶髂关节附近(尤以骶骨侧)承载压、拉应变最大,耻骨、坐骨支最小。②单纯扭转状态时,骨盆各点所受拉应变明显增加,尤以耻骨上支处增加最为明显;各实验点中以左骶髂关节髂骨侧所受拉应变最大,而左骶髂关节骶骨侧所受压应变最大,且应变值随着扭矩增加而增加。③骨盆标本在单纯垂直应力状态下的屈服点载荷均值为2860N,极限载荷3600N;在单纯扭转状态下的屈服点扭矩均值为12.5°,极限扭矩15°。④无论在垂直应力或扭转应力下,髋臼前柱应变值均明显高于后柱。⑤耻骨支仅参与维持骨盆环的旋转稳定性,而骶髂关节对于维持骨盆环的垂直及旋转稳定性均至关重要。结论①垂直应力作用下骨盆旋转位时各实验点应变值远高于单纯垂直应力状态或单纯扭转状态。②骶髂关节等后环结构对于维持骨盆环在垂直及旋转应力下骨盆环的稳定性至关重要。     

青年与老年人脊柱黄韧带黏弹性实验研究

目的比较青年与老年人脊柱黄韧带的应力松弛和蠕变黏弹性力学性质,为黄韧带退变的黏弹性力学机制提供依据。方法 20例老年腰椎退变病人黄韧带标本为老年退变组,20例青年腰椎外伤病人黄韧带为青年组,黄韧带标本均取自L4～L5间黄韧带。以1%/s的应变增加速度和0.5 MPa/s的应力增加速度分别对试样进行应力松弛和蠕变实验,实验温度设定为(36.5±0.5)℃。设定试验时间为7 200 s,采集90个应力松弛和蠕变数据。以统计分析和归一化的方法处理实验数据。结果青年组黄韧带7 200 s应力下降了1.42 MPa,老年组黄韧带7 200 s应力下降了1.91 MPa。青年组黄韧带7 200 s应变上升了3.39%,老年组黄韧带7 200 s应变上升了2.07%,两组7 200 s应力均下降,应变上升数据均有统计学意义(P<0.05)。应力松弛曲线是以对数关系变化的,蠕变曲线是以指数关系变化的。结论老年退变组黄韧带和青年组黄韧带相比,7 200 s应力松弛量和蠕变量降低,黏弹性力学性能发生改变。     

CT评分与急性胰腺炎伴心包积液的相关性研究

目的 研究急性胰腺炎（AP）向纵隔扩散致心包腔积液的多排螺旋CT表现及其与急性胰腺炎CT指数（CTSI）、休克、死亡率的相关性。方法 回顾性分析2017年7月~2018年6月我院收治的274例AP患者,入院行CT,观察患者心包积液发生率,测量其厚度;用CTSI分级评估AP严重程度并分析心包积液与CTSI、休克率及死亡率之间的关系。结果 CTSI评分轻、中、重度AP患者分别占43.07%、53.28%、3.65%;胰周积液向纵隔扩散时54例（19.71%）食管裂孔受累,10例（3.65%）主动脉裂孔受累,6例（2.19%）下腔静脉裂孔受累;34例（12.41%）患者并发心包积液,心包积液厚度与CTSI正相关（r=0.40,P＜0.05）;患者休克发生率、死亡率分别为16.42%、1.46%;AP并心包积液患者休克发生率、死亡发生率均高于无心包积液患者,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 AP伴心包积液发生率较低,胰周积液可经膈肌裂孔向纵隔扩散。心包积液可做为评价AP严重程度的辅助指标。     

一种新的生物瓣材料——Ⅳ、牦牛心包纤维组织的编织形态及其一维拉伸性能

本文用H.E.染色观察胶原纤维束的编织形态,用Weigert染液染色观察弹性朊的分布与走向,以获得与材料力学性能有关的结构信息。实验结果表明: (1)牦牛心包与Edwards公司的黄牛心包片的纤维组织编织形态相似。不同点仅前者的弹性朊纤维比后者稍细但较密,前者的胶原纤维束多波纹但稍疏松; (2)牦牛心包由20多层的纤维编织层组成。各层以不同角度交错叠盖,层与层间由各层分出的胶原纤维束和弹性朊纤维将毗邻纤维层连接起来。各纤维层的厚度不等,约为60～100μ。 (3)牦牛心包为似多层层板,由非蛋白纤维的基质与蛋白纤维编织层组成。其应力—应变曲线随试样裁取的方向不同而异,即牦牛心包系天然的各向异性层板。     

人工静脉瓣膜周期变化中的力学性能研究

目的：研究各参数在人工静脉瓣膜周期变化中对力学性能的影响,为人工静脉瓣膜的设计与优化提供参考依据。方法：采用光滑粒子动力学方法进行双向流固耦合仿真,研究包含2种材料（膨化聚四氟乙烯和猪心包）,3种长度（5.0、7.5和10.0 mm）和3种厚度（0.050、0.075和0.100 mm）的瓣膜共18组模型,通过对比张开孔径、最大等效应力及回流情况判断3个因素对瓣膜的影响。结果：瓣膜材料为猪心包时达到更大的张开孔径,最大值为5.90 mm,所受最大等效应力更平稳;在张开阶段当瓣膜长度为7.5 mm、厚度为0.100 mm时,最大等效应力值最小;在关闭阶段瓣膜材料为猪心包,瓣膜长度为10.0 mm、厚度为0.100 mm时,最大等效应力最小;瓣膜厚度为0.075 mm能获得最好的抗回流效果。结论：在一定范围内减小瓣膜长度和厚度,增加瓣膜材料的弹性模量,能增加人工静脉瓣膜周期运动的稳定性。     

三维有限元分析角度基台对种植体骨界面应力分布的影响

目的采用三维有限元的方法,分析各种角度基台对种植体骨界面应力、应变分布的影响,为临床使用提供理论参考。方法采用CT薄层扫描,建立含种植体的下颌骨三维有限元模型。模拟咀嚼肌加载,用ALGOR软件分析直基台和10°、20°、30°角基台修复时,种植体骨界面应力、应变分布的不同。结果发用数值和图的形式显示综合应力、最大和最小主应变。直基台修复时,综合应力集中于种植体颈部骨皮质,种植体底部次之。随基台角度的增加,种植体骨界面综合应力、最大和最小主应变值均从集中于种植体颈部转移至底部。结论随基台角度的增加,种植体骨界面应力、应变均增大;30°角基台修复时,其应力、应变增大显著。     

种植体长度对即刻负载种植体骨界面生物力学分布的影响

目的　建立包含不同长度标准直径种植体的下颌骨三维有限元模型,分析不同长度种植体对即刻负载种植体骨界面应力应变分布的影响。方法　采用薄层CT扫描下颌骨和自主开发的USIS软件建立直径4.1mm不同长度螺纹种植体即刻负载的三维有限元模型,用ANSYS软件分析长度分别为6、8、10、12、14mm的种植体,在垂直和颊舌向45°加载150N力时种植体骨界面的von Mises应力、应变值。结果　随着种植体长度的增加,种植体骨界面的应力和应变值均呈下降趋势。垂直加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降14.9%、8.4%、11.3%和11.2%;其应变值分别下降23.4%、12.6%、12.7%和14.4%。颊舌向加载时,骨界面应力值在种植体长度从6mm增加到14mm分别下降19.23%、7.77%、5.2%和3%;其应变值分别下降18.2%、23.6%、10.5%和12.9%。种植体骨界面应力值在长度从6mm增加到8mm时下降最明显,尤其是颊舌向加载时。种植体骨界面应变值也是在长度从6mm增加到8mm及8mm增加到10mm时下降最明显。结论　种植体长度的增加能降低骨界面应力和应变值,呈负相关关系;但只在长度从6mm增加到8mm时应力值降低才较明显。这提示临床上尽量不要采用长度为6mm的种植体,并应适当地选择足够长度的种植体。